เริ่มเรื่องด้วยบทนมัสการพระรัตนตรัย แล้วกล่าวถึงพระนางมัทรีครั้งที่ทรงติดตามพระเวสสันดรไปอยู่ป่าพร้อมด้วยชาลีพระโอรสและกัณหาพระธิดา วันหนึ่งพระนางออกไปหาผลไม้ตามที่ทรงปฏิบัติเป็นกิจวัตร ชูชกได้มาทูลขอพระกุมารทั้งสอง พระเวสสันดรก็ประทานให้เพื่อสร้างสมทานบารมี ขณะที่ทรงหลั่งทักษิโณทกก็เกิดอัศจรรย์ไปทั่วทั้งจักรวาล
ชูชกพาพระกัณหาชาลีออกเดินทาง ทั้งสองกุมารร้องไห้คร่ำครวญจึงถูกพราหมณ์โบยตี ได้รับความทุกขเวทนายิ่ง ด้วยความเหนื่อยยากจากการเดินทางและความหิวนมทำให้พระกุมารทั้งสองครวญสั่งความไปถึงพระมารดา เทวดาทั้งปวงได้สดับก็ถึงกับกันแสง ปรึกษากันว่าถ้าพระนางมัทรีกลับถึงอาศรมแล้วรู้เรื่องก็จะออกติดตามหาพระโอรสธิดาด้วยความทุกข์โทมนัส จึงควรหาทางมิให้พระนางกลับไปทันในเวลากลางวัน เทพยดาผู้เป็นใหญ่จึงให้เทพ 3 องค์เนรมิตตนเป็นราชสีห์ เสือโคร่งและเสือเหลืองไปขวางทางพระนางมัทรีไว้ สั่งว่าแม้พระนางจะขอทางก็อย่าหลีกให้จนกว่าพระจันทร์จะขึ้น ทั้งให้เทพทั้งสามคุ้มครองพระนางให้ปลอดภัยจากสัตว์ร้ายทั้งปวง เพราะถ้าพระนางมีอันเป็นไปพระเวสสันดรและพระโอรสธิดาก็จะเสียพระทัยจนสิ้นพระชนม์ และถ้าพระเวสสันดรมิได้บำเพ็ญทานบารมีเพื่อพระโพธิญาณ ไม่ได้ตรัสรู้ ก็จะไม่ได้ช่วยสัตว์โลกให้พ้นทุกข์
ขณะที่พระนางมัทรีทรงแสวงหาผลไม้ได้เกิดลางร้ายต่าง ๆ เช่น กระเช้าสาแหรกคานหลุด เสียมขอตกจากพระหัตถ์ กระเหม่นพระเนตร ฯลฯ พระนางจึงรีบเก็บผลไม้ จวนเวลาเย็นก็เสด็จกลับอาศรม ระหว่างทางได้พบสัตว์ร้ายทั้งสามขวางทางอยู่ก็ตกพระทัย ครวญว่าพระโอรสธิดาจะคอยหา ได้ทรงพยายามขอร้องให้สัตว์ทั้งสามหลีกทางให้ จนตกกลางคืนสัตว์ทั้งสามจึงหายไป เมื่อพระนางเสด็จไปถึงอาศรมไม่เห็นสองกุมารวิ่งออกมารับดังเคยก็พระทัยหาย กันแสงคร่ำครวญ ยิ่งหวนคิดถึงพระสุบินร้ายก็ยิ่งหวาดหวั่น พระนางรีบไปเฝ้าพระเวสสันดรถามถึงพระกัณหาชาลีที่ทรงฝากให้พระเวสสันดรดูแลมิให้ไปเล่นไกลพระอาศรม ครั้นพระเวสสันดรไม่ตรัสตอบ พระนางก็ทรงเป็นทุกข์ทวีคูณ ตัดพ้อว่าถ้าพระสวามีไม่ตรัสตอบพระนางคงจะถึงแก่ชีวิต
ฝ่ายพระเวสสันดรทรงดำริว่าถ้าไม่ตรัสตอบ ความทุกข์โศกอาจทำให้พระนางมัทรีสิ้นพระชนม์ได้ จึงจะทรงตอบเพื่อดับความทุกข์ของพระนางให้สิ้นไป ทรงเห็นว่าไม่มีอะไรที่หญิงจะเจ็บใจเท่ากับเรื่องที่ถูกกล่าวหาด้วยความหึงหวงว่ามีความสัมพันธ์กับชายอื่น พระเวสสันดรจึงทรงแสร้งตัดพ้อว่าทุกวันพระนางมัทรีเคยกลับแต่วัน แต่วันนี้กลับมามืดค่ำแล้วเหตุใดจึงคร่ำครวญว่าพระโอรสธิดาหาย พระนางกล้ากำเริบเช่นนี้เพราะคิดว่าพระองค์ไม่มีอำนาจแล้วหรืออย่างไร ถ้ายังอยู่ในพระนครจะทรงประหารพระนางเสียด้วยพระแสงขรรค์
เมื่อพระนางมัทรีได้ฟังคำบริภาษดังนั้นก็ตรัสว่าตนไม่โกรธที่พระเวสสันดรคิดเช่นนั้น แล้วเล่าว่าขณะเสด็จกลับพระอาศรมมีสัตว์ร้ายทั้งสามมาขวางทางทำให้กลับผิดเวลา พระนางไม่เคยคิดทรยศ แล้วทูลขออภัยโทษพระเวสสันดรพร้อมทั้งอ้างว่าเพราะพระนางมีความจงรักภักดีจึงตามเสด็จมาอยู่ป่า แล้วก็ทูลถามอีกว่าพระโอรสธิดาหายไปไหน พระเวสสันดรก็ไม่ตรัสตอบ พระนางมัทรีจึงทูลลาไปตามหาสองกุมารตามสถานที่ที่เคยไปนั่งนอนเล่นแต่ไม่พบ ก็ยิ่งเศร้าโศกจึงเวียนกลับไปตามหาแล้วกลับมาเฝ้าพระเวสสันดร แต่ไม่ว่าจะตรัสถามอย่างไรพระเวสสันดรก็ไม่ตรัสตอบสักครั้ง เหล่าเทวดาได้ยินพระนางคร่ำครวญด้วยความเศร้าโศกก็พากันสงสาร ในที่สุดเมื่อพระนางมัทรีกลับมาเฝ้าพระเวสสันดรอีก ครั้งนี้ก็ถึงแก่สลบลงแทบพระบาทพระสวามีด้วยความทุกข์ ฝ่ายพระเวสสันดรทรงคิดว่าพระนางสิ้นพระชนม์ก็ตกพระทัย คร่ำครวญว่าถ้าอยู่ในเมืองก็จะจัดพิธีศพให้สมพระเกียรติ แต่จนใจที่มาอยู่ป่า แต่ครั้นได้สติก็ทาบพระหัตถ์ที่อุระพระนางมัทรี จึงรู้ว่าพระนางเพียงแต่สลบไป จึงยกเศียรขึ้นพาดตักแล้วใช้น้ำลูบชโลมพระพักตร์ พระนางก็ฟื้นขึ้น พระเวสสันดรทรงเล่าเรื่องที่ชูชกมาขอสองกุมาร เมื่อพระนางมัทรีทรงทราบความจริงก็อนุโมทนาด้วยความโสมนัสศรัทราในการบำเพ็ญทานบารมีของพระสวามี
มัทรีคำฉันท์เป็นวรรณคดีประเภทนิทาน แต่งด้วยฉันท์และกาพย์ ไม่ทราบนามผู้แต่งและปีที่แต่ง สมเด็จพระเจ้าบรมวงศ์เธอ กรมพระยาดำรงราชานุภาพได้ทรงสันนิษฐานว่า “สำนวนดูเหมือนจะแต่งในรัชกาลที่ 2 และที่ 3 กรุงรัตนโกสินทร์” พระเจ้าบรมวงศ์เธอ พระองค์เจ้านารีรัตนาโปรดให้จัดพิมพ์เรื่องมัทรีคำฉันท์เป็นครั้งแรกเมื่อ พ.ศ. 2466