Este libro es una historia de un niño de nueve años que intenta entender qué está sucediendo cerca de él en Auschwitz durante la Segunda guerra mundial.
El protagonista, que tiene nueve años, es Bruno y es el hijo de un comandante de un campo de concentración nazi. Tiene una hermana, Gretel. Viven en una mansión de cinco pisos, pero un día se trasladan a un lugar llamado Auschwitz, debido al trabajo de su padre, por decisión del Furias (Hitler). Bruno, ultrajado por la decisión de su padre para moverse a Auschwitz, y queriendo irse a casa, pasa su tiempo en el sitio sin amigos. El hecho que también lo molesta es que viven en una casa de tres pisos en vez de su vieja mansión de cinco pisos, y con un espacio tan pequeño, no hay ningún sitio para la exploración (una manía de Bruno). Desde su ventana del dormitorio, Bruno divisa una cerca con la gente con pijamas rayados detrás de una alambrada enorme. Son judíos, y están en el campo de concentración. Un día sus padres piensan que Bruno y Gretel (su hermana) necesitan un profesor particular para su educación, así que contratan a herr Liszt. Para Bruno, herr Liszt es el profesor más aburrido que uno podría tener porque enseña geografía e historia, en vez de las artes, que Bruno prefiere (en concreto, le gusta leer novelas de aventuras). Así pues, en el aburrimiento y la confusión se pregunta qué está pasando en Auschwitz y porqué la gente viste siempre pijamas rayados. Una tarde va a explorar. Se encuentra un muchacho judío llamado Shmuel, un nombre el cual Bruno no había oído hablar, pero que en el campo de concentración es muy común. Shmuel se hace amigo de Bruno y Bruno lo va a ver cada tarde y hablan. Gretel le cuenta que los del pijama de rayas son judíos y que ellos son "lo contrario". Poco después de esto, se descubre que Bruno y Gretel tienen piojos y a Bruno le afeitan la cabeza. Esto le hace parecer mucho más a su amigo Shmuel y piensa que no son del todo tan diferentes, realmente.
La historia termina con Bruno encaprichado con irse al campo de concentración y después volver a su hogar, en Berlín, con su hermana y su madre, tal como habían acordado su madre y su padre. Como aventura final, él consigue el pijama rayado gracias a Shmuel y pasa la alambraba, prometiendo ayudar a Shmuel a encontrar a su padre perdido y para explorar el interior de la verja y para jugar con otros niños y Shmuel. No logran esta tarea, y, además, empieza a llover y Bruno quiere irse a casa, pero la gente empieza a hacer una "marcha". Ninguno de los dos muchachos sabe dónde conduce esta marcha. Sin embargo, se aprietan en una casa hermética, donde empieza el caos, aún así no suelta la mano de Shmuel.
El libro termina con los efectos de la desaparición de Bruno en su familia, y su padre que descubre la ropa de Bruno (la que se había quitado para ponerse el pijama) fuera de la cerca, mientras que deduce lo que le sucedió a su hijo.
