Действие рассказа разворачивается в поселке Чуш, расположенном на Енисее.
Герой рассказа «Царь-рыба» — Игнатьич — уважаем односельчанами за свою сноровку и ум. Он всегда готов дать дельный совет или придти на помощь. Правда, замечают односельчане, что в помощи Игнатьича не хватает какой-то искренности. Не ладятся у Игнатьича отношения и с его братом.
В селе Игнатьич считается самым удачливым рыбаком, обладающим настоящим рыбацким чутьем. Но он нередко занимается браконьерством, из жадности ловя больше рыбы, чем ему надо, нанося вред природе, что, по правде говоря, его и самого смущает — но скорее из-за того, что он боится того стыда, который придется испытать, если его поймает рыбнадзор.
Однажды попалась в его снасти царь-рыба — огромный осетр, которого сам Игнатьич назвал загадкой природы. Рыба была таких размеров, что он усомнился в том, что сможет справится с ней один. Пришла к нему было мысль о том, что надо позвать брата или еще кого-нибудь, но жадность перевесила это желание — «в осетре икры ведра два». Не захотел он делиться ни самой рыбой, ни икрой, и решил все же попробовать вытащить ее сам. Он ударяет по лбу рыбы обухом топора, но сам же оказывается в воде, запутавшись в собственных удилах и крючках, которые так же удерживают около него и рыбину. Он пытается вырвать крючки из собственного тела, но только еще больше запутывается в снастях. Тогда, пересилив себя, он начинает звать на помощь брата, но ответа не получает. Игнатьич понимает, что еще немного, и он утонет вместе с этой огромной рыбой, привязанной к нему. Сама рыба, к ужасу, героя, начинает прижиматься к нему все теснее, видимо, тоже чувствуя скорую смерть. И тогда Игнатьич вспоминает слова старого деда, который предостерегал молодых рыбаков от встречи с царь-рыбой, если у них на душе есть какой-либо грех. Задумывается Игнатьич, начинает «перебирать» свои грехи, и вспоминает о том, что когда-то давно он посмеялся над чувствами своей невесты. Понимает тогда Игнатьич, что встреча с царь-рыбой — это наказание за его грехи. Он обращается к Богу с просьбой отпустить рыбу, также он просит прощения и у девушки, которую когда-то давно сильно обидел. И в этот момент царь-рыба, наконец, освобождается из снастей и уплывает, унося в своем теле множество крючков. А Игнатьич сразу чувствует облегчение — и не только от того, что освободился от тяжелой огромной рыбы, но и потому что понимает, что ему дан шанс начать новую жизнь.
