Действие происходит на Лесбосе, в окрестностях Митилены. В начале симметрично помещены две истории о находке брошенных младенцев: козопас Ламон обнаруживает в кустарнике мальчика, вскармливаемого козою, а два года спустя овечий пастух Дриас в гроте нимф — девочку, кормилицей которой была овца. Оба пастуха берут детей на воспитание. Когда мальчику, Дафнису, исполняется пятнадцать лет, а девочке, Хлое, — тринадцать, Ламон и Дриас под влиянием одновременно приснившегося обоим сна посылают их пасти стада совместно.
И Хлоей, и Дафнисом овладевают неведомые им чувства; в то же время в Хлою влюбляется пастух Доркон. Тирские пираты нападают на прибрежные луга, ранят насмерть Доркона и пытаются увезти Дафниса. Хлоя играет на свирели, подаренной ей умирающим Дорконом, и при этом звуке стадо Доркона, загнанное разбойниками на корабль, бросается к берегу, корабль опрокидывается, разбойники тонут, а Дафнис спасается и вместе с Хлоей хоронит тело Доркона.
Наступает осень, любовь Дафниса и Хлои растет, но не находит себе исхода, хотя старый пастух Филет по внушению Эрота помогает им своими наставлениями. По случайному поводу вспыхивает война между Метимной и Митиленой; жители Метимны похищают сначала Дафниса, затем Хлою, но обоим удается спастись, причем девушке — при прямом содействии Пана.
Зимой Дафнис занимается ловлей птиц близ дома Хлои. Дриас приглашает Дафниса к себе, и он опять признается Хлое в любви.
Снова приходит весна, и молодая соседка Дафниса, смелая и решительная Ликенион, наставляет неопытного Дафниса в делах Эрота.
У Хлои появляется много женихов. Дафнису, который по своей бедности не рассчитывает получить руку Хлои, помогают нимфы: он находит на морском побережье кошелек с тремя тысячами драхм, выброшенный с корабля метимнян. Дриас согласен теперь выдать за него Хлою, но нужно еще разрешение господина.
В конце лета в свое поместье приезжает хозяин Ламсхна — богатый митиленец Дионисофан с женой; несколько раньше появляется его сын Астил. Дафнису грозит большая опасность, так как его выпрашивает для себя парасит Астила Гнатон. Астил хочет взять юношу с собой в город. Опасаясь разлуки с Дафнисом, Ламон рассказывает о том, как он его некогда нашел и какие отличительные знаки при нем обнаружены. Дафнис оказывается сыном Дионисофана и его жены Клеаристы, некогда подкинутым своими родителями по соображениям экономического характера.
Хлою похищает отвергнутый ею Лампид; ее освобождает парасит Астила Гнатон, желающий подслужиться к Дафнису. Дриас рассказывает, как он нашел Хлою; Дионисофан соглашается на ее брак с Дафнисом. Вмешательством нимф осуществляется новое узнавание: Хлоя оказывается дочерью богача Мегакла. Свадебное торжество справляется в семейной обстановке, как "пастушеский брак", перед гротом, посвященным нимфам, но и после свадьбы Дафнис и Хлоя не оставляют своего пастушьего образа жизни и продолжают чтить нимф, Пана и Эрота.
Быть может, ни один другой роман не дает в таком чистом виде воплощения некоторых риторических правил. Лонг стремится к "сладостному" стилю, и в соответствии с этим им пущены в ход все приемы софистического красноречия.
Как и у Ахилла Татия, в результате создаются законченные маленькие декламации; таково, например, знаменитое описание сада (IV, 2, 3) или гимн Эроту (II, 7). Все эти средства достижения эстетического наслаждения (ἡδονή), являющегося главною целью "сладостного" стиля, рекомендуются риторической теорией, и применены Лонгом в полном соответствии с нею.
В отличие от других романов в "Дафнисе и Хлое" ведущую роль играют не приключения, введенные в малом числе и для целей чисто служебных, а самые переживания четы влюбленных.
Роман Лонга несколько ближе других подходит к типу позднейшего психологического романа. Правда, психология героев до крайней степени условна и ни в "какой мере не притязает на жизненную правдивость. Литературные персонажи вековой давности, восходящие к буколике, воскресают в романе Лонга — впервые в античной прозе, — чтобы еще раз разыграть историю верной любви. Юный возраст героев традиционен в греческом романе: Нину семнадцать лет, Габрокому — шестнадцать, Клитофонту — девятнадцать, возлюбленной Нина и Антии — по четырнадцати; но даже на этом фоне Дафнис и Хлоя выделяются своей молодостью: ему пятнадцать, а она тринадцатилетняя девочка.
Существенно то обстоятельство, что полудетские годы главных персонажей последовательно используются автором для мотивировки наивности их переживаний и поступков; эта несколько преувеличенная наивность важна для всего художественного замысла Лонга.