孙悟空本是花果山上一块仙石迸裂而出的石猴,因带头钻入瀑布寻得水帘洞,被群猴拥立为王,尊称美猴王。
美猴王在山中享乐多年后,忽见猴群中有老死者,心生忧虑,遂独自扎筏渡海,辗转南赡部洲、西牛贺洲,访求长生不老之术。
石猴几经周折,寻至西牛贺洲灵台方寸山斜月三星洞,拜入菩提祖师门下,祖师依他形貌赐姓"孙",按门中辈分取法名"悟空"。
悟空在洞中学得洒扫言语之礼后,又在一夜三更时分得祖师亲授长生口诀,随后修得七十二般变化与筋斗云的法诀,一跃可行十万八千里。
后因在同门面前卖弄变化,化作松树炫耀,被祖师逐出三星洞,并严令不得提起这段师承。
悟空驾筋斗云返回花果山,猴群见他学艺归来,愈加拥戴,山中声威日盛。
悟空自觉手中兵器粗劣,不甚趁手,遂只身入东海龙宫,向东海龙王讨要兵器,几件皆不中意,末了取得海底定海神珍铁,即如意金箍棒,随后又向四海龙王逼索了一身披挂。
一夜悟空醉卧山中,梦中被两名黑衣勾魂使者锁至地府,他自恃已炼长生之身,不服勾魂之说,抡棒大闹森罗殿,寻出生死簿册,将猴属一类姓名尽数勾去。
十殿阎王联名奏至天庭,玉帝命太白金星下界招安,悟空欣然受封,官居弼马温,到天庭御马监养马。
悟空后来得知弼马温只是未入流的小官,心中不忿,打出南天门返回花果山,自立"齐天大圣"旗号,与天庭对立。
玉帝遣托塔李天王与三太子哪吒领兵征剿,悟空与哪吒几番交手,将其杀败,天兵无功而返。
太白金星再度献策,玉帝依言二次招安,敕封悟空为有名无实的齐天大圣,只令他在天宫中管理蟠桃园,不予实职。
悟空在蟠桃园中当值时,屡次趁人不备偷食成熟蟠桃。
王母设蟠桃盛会,未曾请悟空赴宴。七衣仙女入园采桃时被悟空定住,他又骗赤脚大仙改道,自己先闯入瑶池,偷饮仙酒,吃尽席上珍馐。
醉意之中悟空误闯兜率宫,将太上老君炼成的金丹取出尽数吃尽,酒醒后自知祸事不小,便使隐身法逃回花果山。
玉帝得报震怒,命四大天王会同二十八宿等天兵天将布下天罗地网,围剿花果山,双方连番恶战,未分胜负。
观音举荐灌江口显圣二郎真君杨戬助战,二郎神与悟空各展变化神通,斗法多时,难解难分。
太上老君于云端窥得战机,将随身金刚琢掷下,正中悟空天灵,悟空猝不及防,被哮天犬扑倒擒获,押送天庭。
天兵将悟空缚上斩妖台,刀砍斧剁、雷击火烧俱不能伤其分毫,无计可施之下,将他投入老君八卦炉中,欲以三昧真火炼化。
悟空躲入炉中巽位,烟熏火燎四十九日而未死,炉盖开启之际纵身跃出,反手推倒丹炉,抡棒直打至通明殿外,闹至灵霄殿下。
玉帝无计可施,遣人请来西天如来佛祖,如来与悟空约定,若能一个筋斗翻出他掌心,便让位天宫;悟空自以为已飞到天边,实则始终未离如来掌心分毫。
如来翻掌化作五行山,将悟空压于山下,命山神土地看守,以铁丸充饥,铜汁解渴。
五百年后观音奉旨东行访求取经人,途经五行山下,与悟空相约,待日后取经人经过、揭去山顶封帖,便可脱身随行西去。
唐僧西行至五行山下,依约揭去帖子,悟空脱困而出,就此拜唐僧为师,随行踏上取经之路。
观音另赐唐僧一顶花帽并暗藏的紧箍咒语,唐僧趁悟空不备为他戴上金箍,此后但凡悟空不服管教,唐僧默诵真言,他便头痛难忍,自此更受约束。
行至白虎岭,白骨精三次化作村姑、老妪、老丈前来加害唐僧。悟空前两次打中她借来的躯壳,妖魂脱身,第三次才将白骨精打死;唐僧误以为悟空连伤三命,一怒之下将他逐回花果山。
行至号山,红孩儿假扮遇难孩童诱骗唐僧,将他摄入洞中,悟空几番交手,不敌红孩儿三昧真火,后请得观音降下莲台,收伏红孩儿,带回南海做了善财童子。
途中又遇六耳猕猴假冒悟空模样,打伤唐僧、抢走行李,真假二猴争斗不休,从花果山一路打至南天门、灵霄殿,又打至地府,诸神皆难辨真伪,最终由如来当面点破,六耳猕猴现出原形,被悟空一棒打死。
行至火焰山前,烈焰阻路,悟空三借芭蕉扇,几番与牛魔王、铁扇公主斗法交锋,终得真扇,扇灭火焰,师徒方得以过山。
行至狮驼岭,青狮、白象、大鹏三怪合力将唐僧师徒尽数擒住,悟空辗转求助,先后请来文殊、普贤二位菩萨与如来佛祖,才将三怪一一降伏,救回师父与师弟。
师徒历经种种劫难,终至灵山,见得如来,取得真经,启程返回东土大唐传经译经。
取经功成,如来论功行赏,敕封孙悟空为斗战胜佛。