ลิลิตนารายณ์สิบปางแบ่งเป็น 4 ส่วน เรื่องย่อมีดังนี้
ส่วนแรกประกอบด้วยวิษณุมนตร์ที่สวดในพิธีบรมราชาภิเษก หรืองานเฉลิมพระราชมนเทียร ทรงให้พราหมณ์ตรวจสอบภาษาสันสกฤตให้ถูกต้อง และทรงแปลความเป็นภาษาไทยไว้ด้วย และบท “ขอพรพระเปนเจ้า” ทรงพระราชนิพนธ์เป็นโคลงสี่สุภาพ ทรงขอพรพระนารายณ์และพระคเณศรให้ทรงพระราชนิพนธ์เรื่องได้อย่างถูกต้องและสำเร็จ
ส่วนที่สองเป็นเนื้อเรื่องแบ่งเป็น 10 ปาง ปางที่ 1 มัตสยาวตาร กล่าวถึงอสูรหัยครีพขโมยคัมภีร์พระเวท พระนารายณ์จึงอวตารเป็นปลาศผริไปเตือนท้าวไววัสวัตว่าน้ำจะท่วมโลก ให้เชิญฤษีทั้งเจ็ด พร้อมกับนำสัตว์ชนิดละคู่ และพืชโอสถต่างๆ ลงเรือใหญ่ซึ่งปลาศผริช่วยลากจูงแล้วจะพ้นภัย เมื่อน้ำลดปลาศผริสังหารอสูรหัยครีพนำพระเวทกลับคืนได้ พระนารายณ์ประสาทพรให้ท้าวไววัสวัตได้เป็นพระมนูเพื่อให้กำเนิดมนุษย์ และบำรุงพันธุ์สัตว์และพืชให้เจริญในโลก
ปางที่ 2 กูรมาวตาร กล่าวถึงฤษีทุรวาสเพ้อคลั่งเพราะกลิ่นมาลัยดอกไม้สวรรค์ เมื่อพระอินทร์นำมาลัยนั้นไปวางไว้ที่กระพองช้างเอราวัณ ช้างเกิดคลั่งเหวี่ยงมาลัยลงพื้นแล้วใช้เท้าบดขยี้ ฤษีทุรวาสคิดว่าถูกดูหมิ่นจึงสาปให้เทวดารบแพ้อสูร พระอินทร์ทูลขอให้พระนารายณ์ช่วย พระนารายณ์แนะให้เทวดาแสร้งชวนอสูรมาร่วมกันกวนน้ำอมฤต โดยใช้เขามันทระเป็นไม้กวนและใช้นาควาสุกรีพันเป็นเชือก ให้เหล่าอสูรดึงส่วนหัวนาค ส่วนเหล่าเทวดาดึงส่วนหาง พระนารายณ์ทรงอวตารเป็นเต่าช่วยหนุนเขามันทระให้ตั้งตรง เมื่อกวนน้ำอมฤตเสร็จ บังเกิดสิ่งวิเศษหลายอย่างรวมธันวันตริแพทย์แห่งสวรรค์ซึ่งชูผอบบรรจุน้ำอมฤตขึ้นมา พระนารายณ์แปลงเป็นหญิงงามลวงล่ออสูรออกไป เหล่าเทวดาจึงได้ดื่มน้ำอมฤต ฝ่ายอสูรโกรธแค้นจึงรบกับเทวดาแต่ก็ต้องพ่ายแพ้
ปางที่ 3 วราหาวตาร กล่าวถึงหิรัณยากษะซึ่งถูกฤษีสาปเป็นแทตย์ได้หักแผ่นดินจมลงในมหาสมุทร พระนารายณ์อวตารเป็นหมูป่าไปสังหารหิรัณยากษะแล้วใช้เขี้ยวงัดแผ่นดินขึ้นมาสถิตไว้ดังเดิม
ปางที่ 4 นรสิงหาวตาร กล่าวถึงหิรัณยกศิปุแค้นที่หิรัณยากษะพี่ชายถูกสังหาร จึงบำเพ็ญตบะจนได้พรจากพระพรหมว่าจะไม่ตายด้วยเทพ มนุษย์ และสัตว์ ไม่ตายด้วยอาวุธ ไม่ตายในเวลากลางวันและกลางคืน และไม่ตายในเรือนและนอกเรือน หิรัณยกศิปุสร้างความเดือดร้อนไปทั่ว แต่ประหลาทโอรสของหิรัณยกศิปุกลับภักดีต่อพระนารายณ์ หิรัณยกศิปุแค้นใจจึงสั่งสังหารเสียแต่ไม่สำเร็จเพราะพระนารายณ์ทรงคุ้มครองอยู่ เมื่อหิรัณยกศิปุกล่าวเย้ย พระนารายณ์ซึ่งอวตารเป็นนรสิงห์ก็ปรากฏกายขึ้น ลากหิรัณยกศิปุไปที่หว่างประตู แล้วถามว่าตนเป็นอะไร หิรัณยกศิปุไม่อาจบอกได้ เมื่อถามว่าเล็บที่แหลมคมใช่อาวุธหรือไม่ หิรัณยกศิปุตอบว่าไม่ใช่ เมื่อถามว่าเป็นเวลาใด หิรัณยกศิปุตอบว่าโพล้เพล้ เมื่อถามว่าขณะนี้อยู่ในหรือนอกเรือน หิรัณยกศิปุตอบว่าอยู่ระหว่างประตู เมื่อสิ้นคำถาม นรสิงห์ก็ใช้กรงเล็บฉีกอกหิรัณยกศิปุจนสิ้นชีพ
ปางที่ 5 วามนาวตาร กล่าวถึง พลียกทัพบุกสวรรค์ พระอินทร์ไปทูลขอให้พระกัศยปะและนางอทิติช่วยเหลือ นางอทิติตั้งจิตถึงพระนารายณ์ พระนารายณ์จึงอวตารมาเป็นโอรสของนาง เป็นพราหมณ์นามว่าวามนะ มีสติปัญญาเป็นเลิศ แต่ตัวเล็กเตี้ย วามนะไปที่ริมแม่น้ำนรรมทาซึ่งพลีตั้งกองยัญพิธีอยู่ พลีเห็นวามนะก็พอใจ ให้วามนะขอสิ่งที่ประสงค์ วามนะขอที่ดิน 3 ย่างก้าว แล้วกลับร่างเป็นพระนารายณ์พระวรกายใหญ่ยิ่ง ย่างก้าวที่ 1 ถึงสวรรค์ ย่างก้าวที่ 2 จึงหมดทั้งโลก ยังไม่ทันได้ย่างก้าวที่ 3 พระอินทร์ก็ได้สวรรค์คืน พลีสำนึกผิด พระนารายณ์จึงให้พลีไปครองบาดาลชั้นต่ำสุด ประหลาทผู้เป็นอัยกาแนะให้พลีตั้งจิตภักดีต่อพระนารายณ์และเทวีลักษมี พระนารายณ์จึงโปรดให้พลีไปครองสุตลแดนบาดาลชั้นสูงขึ้น
ปางที่ 6 ปรศุรามาวตาร กล่าวถึงนางสัตยวดีต้องการมีโอรส ฤษีฤจิกผู้เป็นสามีจึงทำพิธีกวนข้าวทิพย์ นางสัตยวดีขอให้ทำข้าวทิพย์ให้มารดาของนางด้วย ฤษีฤจิกกำหนดว่าข้าวทิพย์ที่สัตยวดีกินจะทำให้ได้บุตรเป็นพราหมณ์ ส่วนที่ให้มารดากินจะทำให้ได้บุตรเป็นกษัตริย์ แต่ทั้งสองสลับข้าวทิพย์กัน เมื่อฤษีฤจิกรู้ก็โกรธมาก นางสัตยวดีสำนึกผิดขอให้นางมีโอรสเป็นพราหมณ์ นางจึงได้โอรสเป็นพราหมณ์นามชมทัคนี ต่อมาชมทัคนีมีบุตรกับเรณุกา 5 คน คนที่ห้าคือรามซึ่งเป็นพระนารายณ์อวตาร พระศิวะโปรดมากประทานขวานเพชรให้ จึงได้ชื่อว่าปรศุราม (รามผู้ถือขวาน) เหตุที่อวตารมาเป็นรามเพราะท้าวอรชุนหรือการตะวีรยะได้พรจากฤษีทัตตะไตรยจึงทะนงตน เที่ยวรุกรานเหล่าฤษี ฤษีวสิษฐ์จึงขอให้พระนารายณ์ทรงช่วยเหลือ วันหนึ่งท้าวอรชุนประพาสป่าไปถึงอาศรมของชมทัคนี นางเรณุกาให้โคสุรภีเนรมิตอาหารให้ ท้าวอรชุนอยากได้โคแต่นางเรณุกาไม่ยินยอม ท้าวอรชุนจึงจับลูกโคไป ปรศุรามตามไปสังหารท้าวอรชุนได้ โอรสของท้าวอรชุนยกทัพมาแก้แค้น แต่ไม่พบปรศุรามจึงสังหารชมทัคนี ปรศุรามแค้นใจจึงสังหารกษัตริย์จนสิ้นแผ่นดิน แล้วถวายแผ่นดินแด่พระกัศยปะ จากนั้นก็ออกบำเพ็ญเพียรที่เขามเหนทร
ปางที่ 7 รามจันทราวตาร กล่าวถึงท้าวทศรถแห่งเมืองอโยธยา ปรารถนาจะมีโอรส จึงให้ฤษีฤษยศฤงค์ทำพิธีขอโอรส พระอินทร์ทูลขอให้พระนารายณ์อวตารเป็นโอรสของท้าวทศรถ 4 องค์เพื่อปราบราพณ์ นางเกาศัลยาให้กำเนิดพระราม นางสุมิตราให้กำเนิดโอรสแฝดคือพระลักษมณ์และพระศตรุฆน์ นางไกเกยีให้กำเนิดพระภรต
ครั้งหนึ่งพระรามเสด็จไปเมืองมิถิลา ท้าวชนกประทานนางสีดาให้ ระหว่างทางกลับเมือง ปรศุรามท้าให้พระรามแผลงศรที่ฤษีฤจิกปู่ของตนได้รับจากพระวิษณุ พระรามก่งศรแต่ไม่แผลงเพราะเห็นว่าปรศุรามเป็นพราหมณ์ ปรศุรามจึงยอมแพ้ ต่อมาท้าวทศรถจะอภิเษกพระรามเป็นกษัตริย์ แต่นางไกเกยีขอให้พระภรตครองอโยธยาและให้พระรามออกไปอยู่ป่า 14 ปี ท้าวทศรถจำต้องทำตามเพราะเคยประทานพรแก่นางว่าจะขอสิ่งใดก็ได้ พระรามออกจากเมืองพร้อมนางสีดาและพระลักษมณ์ ในที่สุดท้าวทศรถก็ตรอมพระทัยจนสิ้นพระชนม์
ต่อมานางศูรปะนขาน้องของราพณ์เห็นพระรามก็นึกรัก เข้าตบตีนางสีดา พระลักษมณ์จึงฟันจมูกและหูนางแหว่ง พญาขรและพญาทูษณะผู้เป็นพี่มาแก้แค้นให้แต่ก็ต้องสิ้นชีพ นางศูรปะนขาจึงยุยงราพณ์ให้นำสีดาไปเป็นชายา ราพณ์ลักนางสีดาไปลงกา พระรามกับพระลักษมณ์พบสุครีพและหนุมาน ทั้งสองช่วยเกณฑ์พลวานรมาช่วยรบ ราพณ์ส่งญาติวงศ์และมิตรออกมารบกับพระรามจนสิ้นชีพไปจำนวนมาก เมื่อราพณ์ออกรบเอง พระรามไม่สามารถสังหารราพณ์ได้ พระมาตลีสารถีของพระอินทร์ทูลให้ใช้ศรพรหมาสตร์พร้อมกับร่ายมนตร์อทิตยหฤทัย เมื่อแผลงศรไปปักอกราพณ์ก็สิ้นใจทันที เมื่อได้พบนางสีดา พระรามคลางแคลงใจนาง นางจึงลุยไฟพิสูจน์ แล้วพระเพลิงก็จูงนางสีดาออกจากกองไฟและรับรองว่านางบริสุทธิ์
ปางที่ 8 กฤษณาวตาร กล่าวถึงท้าวอุคระเสนมีมเหสีนามว่ากรรณีกัลยาครองเมืองมถุรา แต่ไม่มีโอรส วันหนึ่งนางกรรณีกัลยาหลงป่า อสูรตนหนึ่งแปลงเป็นสามีของนางมาร่วมอภิรมย์ นางให้กำเนิดโอรสชื่อกงส์ เมื่อเจริญวัยกงส์ชิงราชสมบัติขึ้นเป็นกษัตริย์และข่มเหงประชาชน
วันหนึ่งท้าวกงส์ประพาสป่า มีเสียงจากฟ้าบอกว่าโอรสองค์ที่แปดของนางเทวกีจะสังหารท้าวกงส์ ท้าวกงส์จึงคิดจะสังหารนางเสีย แต่วสุเทพทูลขอร้องไว้ พระนารายณ์ให้โยคะนิทราไปรับบุตรของหิรัณยกศิปุมาเข้าครรภ์นางเทวกี 6 ครั้งแต่ต่อมาก็ถูกท้าวกงส์สังหาร ในครั้งที่ 7 พระนารายณ์ให้เศษะนาคมาเข้าครรภ์นางเทวกีแล้วย้ายไปฝากไว้ในครรภ์นางโรหิณีหญิงในสกุลคนเลี้ยงโค ทารกที่เกิดมาคือพลราม ส่วนพระนารายณ์ทรงเข้าครรภ์ครั้งที่ 8 ของนางเทวกีและประสูติเป็นพระกฤษณะ
กฤษณะและพลรามมีความสามารถเป็นที่เลื่องลือ ท้าวกงส์รู้เรื่องจึงส่งอสูรไปสังหาร แต่ไม่สำเร็จ ในที่สุดกฤษณะก็สังหารท้าวกงส์ได้ แล้วเชิญท้าวอุคระเสนกลับมาครองมถุราอีกครั้ง ส่วนกฤษณะไปสร้างเมืองใหม่ชื่อทวาระกา วันหนึ่งกลุ่มกุมารยาทพ (สกุลของกฤษณะ) แต่งกายให้ศามพะโอรสของกฤษณะเป็นหญิงแล้วไปถามฤษีว่าหญิงนี้จะคลอดบุตรเป็นหญิงหรือชาย ฤษีจึงสาปว่าให้คลอดเป็นตะบองเพื่อประหารโคตรยาทพ ท้าวอุคระเสนจึงให้ทำลายตะบองป่นเป็นผง นำไปทิ้งน้ำ ผงธุลีที่ตกอยู่ริมฝั่งกลายเป็นต้นอ้อ ส่วนเศษตะบองชิ้นหนึ่งตกลงไปในน้ำ ปลาตัวหนึ่งกลืนไว้ ชาวประมงจับปลานั้นได้และพบเศษตะบองแหลมคมจึงให้พรานชระไปติดศรแทนเหล็ก วันหนึ่งเหล่ายาทพดื่มสุราเมามาย แล้วถอนต้นอ้อริมฝั่งน้ำมาตีกันจนล้มตาย ฝ่ายกฤษณะก็ถูกพรานชระใช้ศรจากเศษตะบองยิงจนสิ้นชีพเพราะเข้าใจผิดว่าเป็นกวาง สกุลยาทพจึงถูกสังหารตามคำสาปของฤษี
ปางที่ 9 พุทธาวตาร มีโคลง 4 บท พระบาทสมเด็จพระมงกุฎเกล้าเจ้าอยู่หัวทรงพระราชนิพนธ์ไว้เพียงสังเขปว่าพระพุทธเจ้าทรงตรัสรู้ธรรมอันประเสริฐ และมีสาวกเป็นผู้เผยแผ่คำสอนสืบต่อกันมา
ปางที่ 10 กัลกยาวตาร กล่าวถึงพระนารายณ์อวตารเป็นกัลกี บุรุษผิวขาว ทรงม้า เพื่อมาปราบเหล่าคนพาล อันเป็นการสิ้นกลียุค
ส่วนที่ 3 เป็น “อธิบาย” เป็นเชิงอรรถใช้ขยายความข้อความในแต่ละเรื่อง เช่น เรื่องพระรามตอนถอนสาปนางอหลยา
ส่วนที่ 4 เป็น “อภิธาน” คือส่วนที่ทรงอธิบายคำศัพท์ซึ่งส่วนใหญ่เป็นคำภาษาสันสกฤต