Kemal, un jeune homme d'une trentaine d'années, est promis à Sibel, issue comme lui de la bonne bourgeoisie stambouliote, quand il rencontre Füsun, une parente éloignée et plutôt pauvre. Il tombe fou amoureux de la jeune fille, et sous prétexte de lui donner des cours de mathématiques, la retrouve tous les jours dans l'appartement vide de sa mère. En même temps, il est incapable de renoncer à sa liaison avec Sibel.
C'est seulement quand Füsun disparaît, après les fiançailles entre Sibel et Kemal célébrées en grande pompe, que ce dernier comprend à quel point il l'aime. Kemal rend alors visite à sa famille et emporte une simple réglette lui ayant appartenu : ce sera la première pièce du musée qu'il consacrera à son amour disparu. Puis, il avoue tout à Sibel et rompt les fiançailles.
Quand, quelque temps après, Kemal retrouve la trace de Füsun, mariée à son ami d'enfance Feridun, son obsession pour la jeune femme montera encore d'un cran...
Le musée de l'innocence est un grand roman nostalgique sur l'amour, le désir et l'absence, une nouvelle preuve de l'immense talent de l'écrivain turc.