Par une nuit d'octobre 1892, le château du Glandier est plongé dans un silence inquiétant. Soudain, un cri déchirant retentit, suivi de coups de feu. Tous se précipitent vers le pavillon où habite le professeur Stangerson et sa fille Mathilde. Ils trouvent la porte de la chambre de Mlle Stangerson fermée à clé de l'intérieur. Le père et le domestique, après avoir hésité, enfoncent la porte. À l'intérieur, le spectacle est terrifiant : Mathilde Stangerson gît, ensanglantée, à moitié consciente. La pièce, la fameuse chambre jaune, est en désordre, mais les fenêtres sont fermées par des barreaux solides. L'agresseur semble s'être évaporé. Le jeune reporter Joseph Rouletabille, présent sur les lieux pour couvrir les travaux scientifiques du professeur, observe la scène avec une attention aiguë. Il note chaque détail, du tapis froissé à la position des meubles, tandis que la gendarmerie s'affaire sans comprendre. Comment un homme a-t-il pu entrer, agresser la jeune femme, et disparaître sans laisser de trace, dans une pièce close comme un coffre-fort ? C'est l'énigme insoluble que Rouletabille, le menton dans la main, se promet de résoudre.