1920-е годы. Профессор Филипп Филиппович Преображенский (Евгений Евстигнеев), выдающийся хирург, достиг отличных результатов в практическом омоложении. Продолжая исследования, он задумал небывалый эксперимент — операцию по пересадке человеческого гипофиза и семенных желёз собаке. Бродячий пёс Шарик стал подопытным животным, получил доступ в великолепную квартиру профессора и отличное питание. Донором органов стал погибший в драке Клим Чугункин — алкоголик, дебошир и хулиган. Результаты операции превзошли ожидания. У Шарика вытянулись конечности, выпала шерсть, сформировалась речь. По Москве поползли слухи о чудесах, творящихся в доме профессора. Преображенскому же очень скоро пришлось пожалеть о содеянном. Хотя с Шариком и происходило очеловечивание, от Клима Чугункина ему передались все черты характера и пагубные привычки, от собаки же остались только отдельные повадки. Но это не помешало ему прекрасно адаптироваться в социалистической действительности и даже стать начальником подотдела очистки Москвы от бродячих животных. Шариков (Владимир Толоконников) превращает жизнь профессора Преображенского и обитателей его квартиры в настоящий ад. Подстрекаемый председателем домкома Швондером (Роман Карцев), он пишет доносы на своего «создателя», требует выделить ему жилплощадь и даже угрожает револьвером. Профессор Преображенский вместе с доктором Борменталем (Борис Плотников) пытается воспитать его. Однако все усилия оказываются напрасными. Профессору ничего не остаётся, как признать эксперимент неудавшимся и вернуть Шарикова в его первоначальное состояние.