Chim sẻ vàng được kể lại theo lời kể ở ngôi thứ nhất hồi tưởng của Theodore "Theo" Decker. Khi còn là một cậu bé mười ba tuổi, cuộc sống của Theo bị đảo lộn khi cậu và mẹ đến thăm Bảo tàng Nghệ thuật Metropolitan để xem triển lãm các kiệt tác Hà Lan, bao gồm bức tranh yêu thích của cô, The Goldfinch của Carel Fabritius. Ở đó, anh bị hấp dẫn bởi một cô gái tóc đỏ với một người đàn ông lớn tuổi. Một quả bom phát nổ trong bảo tàng, giết chết mẹ anh và một số du khách khác.
Trong đống đổ nát, Theo gặp một ông già, người đã trao cho anh một chiếc nhẫn và đưa ra một thông điệp bí ẩn trước khi chết. Tin rằng người đàn ông đang chỉ vào The Goldfinch, Theo đã lấy nó trong lúc hoảng sợ trốn thoát. Anh ấy chuyển đến sống cùng một người bạn cùng trường, Andy Barbour và gia đình giàu có của anh ấy trong căn hộ Park Avenue của họ. Anh thực hiện tâm nguyện cuối cùng của ông già và trả lại chiếc nhẫn cho đối tác kinh doanh của mình, James "Hobie" Hobart. Theo biết rằng tên của ông già là Welton "Welty" Blackwell, ông và Hobie cùng điều hành một cửa hàng đồ cổ. Anh kết bạn với Hobie và gặp cô gái tóc đỏ, Pippa, người sống cùng Welty và Hobie sau khi mẹ cô (em gái cùng cha khác mẹ của Welty) qua đời vì bệnh ung thư.
Cuộc sống của Theo bị gián đoạn khi người cha bế tắc của anh đến cùng bạn gái mới và đưa anh đến Las Vegas. Anh ta mang theo bức tranh và đến Las Vegas, kết bạn mới, Boris Pavlikovsky, con trai quốc tế của một người nhập cư Ukraine. Hai cậu bé, đều vắng mặt cha mẹ, dành phần lớn thời gian buổi chiều để uống rượu, hút cần sa và sử dụng các loại ma túy bất hợp pháp khác. Trong khi bị kẻ cho vay nặng lãi truy lùng, cha của Theo say rượu và chết trong một vụ tai nạn ô tô. Lo sợ cái chết của cha mình có thể ảnh hưởng đến hoàn cảnh sống của mình, Theo chạy trốn đến New York bằng xe buýt xuyên quốc gia. Không còn nơi nào để ở, anh đến nhà Hobie, người đã chào đón anh. Pippa, hiện đang theo học tại một trường dành cho thanh thiếu niên gặp khó khăn ở Thụy Sĩ, đang đến thăm trong kỳ nghỉ.
Câu chuyện bỏ qua tám năm. Theo đã trở thành đối tác đầy đủ trong hoạt động kinh doanh của Hobart. Anh ta đã giấu The Goldfinch vì sợ bị buộc tội trộm cắp. Anh đã đính hôn với một người bạn thời thơ ấu nhưng vẫn bối rối và bị ám ảnh bởi “tình yêu” này dành cho Pippa, người đang sống ở London cùng bạn trai. Qua nhiều năm, anh trở nên nghiện thuốc theo toa và cứu Hobie khỏi phá sản bằng cách bán đồ cổ giả.
Theo cảm thấy tội lỗi và sợ hãi trước những kẻ giả mạo và The Goldfinch. Boris xuất hiện trở lại, giờ đã trở thành một người đàn ông giàu có nhờ những hoạt động đáng ngờ không xác định. Trước sự ngạc nhiên của Theo, Boris tiết lộ rằng anh ta đã đánh cắp The Goldfinch từ Theo khi họ còn học trung học; bức tranh kể từ đó đã được bọn tội phạm và những kẻ buôn bán ma túy sử dụng làm tài sản thế chấp. Boris cảm thấy tội lỗi và đã cống hiến hết mình để khôi phục bức tranh và trả lại cho Theo. Tại bữa tiệc đính hôn của Theo, Boris xuất hiện với kế hoạch lấy lại Chim kim oanh. Họ bay đến Amsterdam để gặp những người buôn bán bức tranh. Boris và đồng bọn cướp lại nó nhưng kế hoạch thất bại khi bọn tay sai có vũ trang đối đầu với họ. Trong cuộc xung đột xảy ra, Boris bị bắn vào tay và Theo giết chết kẻ tấn công Boris trong khi một trong những người buôn bán bức tranh trốn thoát.
Boris biến mất, để Theo trong phòng khách sạn, nơi anh uống rượu, sử dụng ma túy và khỏi bệnh và sợ cảnh sát sẽ phát hiện ra mình. Không thể quay lại New York vì Boris mất hộ chiếu, Theo cảm thấy bị mắc kẹt và có ý định tự tử. Sau vài ngày, Boris quay lại và tiết lộ rằng anh đã giải quyết được tình hình bằng cách gọi điện cho cảnh sát thu hồi tác phẩm nghệ thuật để thông báo về những người buôn bán. Bức tranh không chỉ được lưu lại cho bảo tàng mà Boris còn nhận được phần thưởng khổng lồ mà anh chia sẻ với Theo.
Sau khi đến Hoa Kỳ, Theo đi du lịch khắp đất nước, dùng tiền thưởng để mua lại đồ cổ giả từ khách hàng. Anh nhận ra rằng Pippa thực sự yêu anh, nhưng cô sẽ không công khai đáp lại tình cảm của anh vì cô tin rằng họ có chung tổn thương và khuyết điểm, cả hai đều sống sót sau chấn thương sau vụ nổ bảo tàng và cả hai đều tự dùng thuốc để xoa dịu vết sẹo tâm lý. Trong một hồi tưởng dài, Theo tự hỏi có bao nhiêu trải nghiệm của anh ấy là không thể tránh khỏi do số phận hoặc tính cách của anh ấy, đồng thời suy ngẫm về The Goldfinch và "lịch sử của những người yêu thích những thứ đẹp đẽ, quan tâm đến chúng và kéo chúng ra khỏi đám cháy" . Cuốn tiểu thuyết kết thúc với một ghi chú gây tò mò, vì sự chiêm nghiệm của Theo thể hiện cả một số phận khó khăn vẫn còn ở phía trước và một kiểu cứu chuộc sự bất tử thông qua việc ngưỡng mộ cái đẹp.
