Professor Higgins, ein angesehener Philologe und Phonetiker, trifft nach einem Opernbesuch auf dem Blumenmarkt bei Covent Garden in London auf die Blumenverkäuferin Eliza Doolittle. Ihre kraftvoll-vulgäre Sprache, die in der englischen Fassung mit starkem Cockney-Akzent, in der deutschen Version oft mit Berlinerisch oder Wienerisch ausgeschmückt ist, nimmt er als Beispiel für die Deformierung der Muttersprache (“Why can’t the English...”/„Kann denn die Kinder keiner lehren, wie man spricht?“). Higgins glaubt, dass der Mensch sich nicht über die Herkunft, sondern seine Sprache definiere; selbst ein Blumenmädchen wie Eliza, so Higgins, könne ihren Stand verbessern und eine anerkannte Dame sein, sogar einen respektablen Blumenladen führen, sofern sie richtiges Englisch spreche.

Eliza ist von dieser Vorstellung bezaubert, die Wünsche, die sie äußert, bescheiden: „Ein Zimmerchen mit einem Sofa drin, Gasbeleuchtung, Pralinen und nie mehr kalte Beine“ – („Wäre det nich wundascheen?“/“Wouldn’t it be loverly?”). Sie muss jeden Tag um ihren Lebensunterhalt kämpfen. Zudem ihren Vater, Alfred P. Doolittle, durchbringen, der sich regelmäßig bei ihr durchschnorrt. Doolittle hat es auf eine gewisse Art geschafft, nach seiner Façon zu leben, was er mit zwei Saufkumpanen („Mit ’nem kleenen bisschen Jlück“/“With a little bit of luck”) gehörig feiert. Er weist jede Verantwortung und Moral von sich und lebt feucht-fröhlich in den Tag hinein. Auf diese Weise „gesellschaftlich” vorbelastet und ohne Schulbildung, scheint es, als hätte Eliza keine Chance, je über den Status eines armen Blumenmädchens hinauszukommen.

Eliza nimmt nun Higgins Gerede für bare Münze, versteht es als Angebot und taucht beim Professor auf, um Sprachunterricht zu nehmen. Die Sache ist Higgins kaum eine Diskussion wert, da schlägt ihm sein Freund Oberst Pickering eine Wette vor: Wenn es Higgins gelänge, innerhalb von sechs Monaten aus Eliza eine Dame zu machen, würde er die Kosten der Ausbildung übernehmen. Elizas „Abschlussprüfung“ soll der Diplomatenball im Buckingham Palace sein. Higgins nimmt die Wette an, Eliza bekommt ein Zimmer in seinem Haus zugewiesen und es beginnt eine harte Lehrzeit bei dem eingefleischten Junggesellen. Eliza muss von morgens bis abends sprechen üben, wird von Higgins ruppig und herablassend behandelt, so dass der Unterricht eher einer Dressur gleicht. Darüber kocht Eliza vor Wut und träumt von Rache („Wart’s nur ab“/“Just you wait”).

Endlich schafft Eliza den phonetischen Durchbruch: Sie spricht „g“ statt „j“, „ei“ statt „e“ und nicht „i“, sondern „ü“ („Es grünt so grün, wenn Spaniens Blüten blühen“/“The rain in Spain stays mainly in the plain”). Dies wird euphorisch gefeiert und die völlig aufgedrehte Eliza findet in der Nacht keinen Schlaf („Ich hätt getanzt heut Nacht“/“I could have danced all night”). Nun muss Eliza den Testlauf in der feinen Gesellschaft bestehen. Professor Higgins und Colonel Pickering suchen sich das Pferderennen in Ascot aus. Eliza erhält strenge Vorgaben für die Konversation; ihr wird erlaubt über das Wetter und die Gesundheit zu sprechen. Doch auch diese scheinbar unverfänglichen Themen bergen ihre Tücken, so berichtet Eliza der feinen Gesellschaft im besten Englisch, dass ihre Tante „abgemurkst“ worden sei. Wenig später schockiert sie das Publikum, indem sie beim Rennen ihr Pferd mit dem Ausruf: „Lauf schneller, oder ich streu dir Pfeffer in den Arsch!“ anfeuert.

Ihr unkonventionelles Auftreten in Ascot beschert ihr einen Verehrer aus besseren Kreisen. Freddy Eynsford-Hill ist sehr angetan von der hübschen und erfrischenden Eliza. Er beginnt in ihrer Straße zu patrouillieren, in der Hoffnung, dass Eliza einmal das Haus verlässt (“On the Street Where You Live”/„In der Straße wohnst du“). Außerdem schreibt er ihr Liebesbriefe und schickt Blumen. Die Angebetete bekommt davon allerdings nicht viel mit. Sprechen kann sie zwar nun, aber ihre Bildung lässt nach wie vor zu wünschen übrig. Als dann der große Abend heranrückt, vermag Eliza beim Diplomatenball im Buckingham Palace zu brillieren. Sie verzaubert durch ihr außergewöhnliches und anmutiges Wesen. Es wird gerätselt, wer denn die schöne Fremde sei. Der ungarische Phonetiker Prof. Zoltan Karpathy, ein ehemaliger Schüler von Higgins, versucht Licht ins Dunkel bringen. Zu Higgins und Pickerings Erbauung, lautet seine Diagnose: So sauberes Englisch spricht man nur im Ausland, seiner Meinung nach ist Eliza eine ungarische Prinzessin!

Am selben Abend beglückwünschen sich Higgins und Pickering gegenseitig für die gelungene Arbeit. Sie klopfen sich auf die Schultern („Sie sind’s, der’s geschafft hat.“/“You did it!”) und feiern ihren Triumph. Eliza fühlt sich übergangen; sie wurde dressiert, hat funktioniert, doch der Ruhm geht allein an den Professor, für den sie die Wette gewann. Sie gibt Higgins zu verstehen, wie sehr sie sich missachtet und erniedrigt fühlt. Auf die Frage, was nun aus ihr werden soll, wirft Higgins ihr Undankbarkeit vor. Er meint, sie wäre ein dummes Kind und ist umso erstaunter, als Eliza am nächsten Tag verschwunden ist.

Zusammen mit Freddy Eynsford-Hill, der vor Higgins Haus Wache hält, („Tu’s doch!“/“Show me!”) besucht sie jenes Viertel Londons, in dem sie noch vor einem halben Jahr zu Hause war. Doch dort wird sie nicht mehr erkannt. Für eine Blumenfrau ist sie nun zu fein, aber für eine feine Dame fehlt ihr das Geld. Eliza fasst den Entschluss, selbst Phonetik zu unterrichten und Freddy zu heiraten.

Als sie Prof. Higgins mit diesem Entschluss konfrontiert, muss er erkennen, dass er Eliza vermisst („Ich bin gewöhnt an ihr Gesicht“/“I’ve grown accustomed to her face”). My Fair Lady endet versöhnlich, Eliza kehrt zu Professor Higgins zurück. Offen bleibt, wie sich ihre Zukunft mit dem Professor, der doch so gerne Junggeselle war, gestaltet.