On kevät 1975 Istanbulissa. 30-vuotias Kemal on menossa kihloihin Sibelin kanssa, joka Kemalin tavoin kuuluu Istanbulin vauraaseen yläluokkaan. Kemalilla on kuitenkin salainen suhde myös köyhään 18-vuotiaaseen kassaneitiin Füsuniin, joka on Kemalin kaukainen sukulainen. Kihlajaisten jälkeen Füsun lopettaa suhteen, mutta Kemal ei voi unohtaa tyttöä. Lopulta kihlaus myös Sibelin kanssa purkautuu. Füsun menee naimisiin toisen miehen kanssa, ja kahdeksan vuoden ajan Kemal käy Füsunin perheen luona vierailuilla esittäen huolehtivaa ja avuliasta sukulaista. Tosiasiassa Kemal haluaa voittaa Füsunin takaisin omakseen. Kun Kemal ei saa tunteilleen vastakaikua, hän alkaa pakkomielteisesti kerätä pieniä muistoja Füsunin kotoa ja myöhemmin myös muualta - esineitä, jotka jotenkin liittyvät Füsuniin. Näistä esineistä syntyy vähitellen museo, jonka "katalogi" tämä romaani myös on. Pamuk on perustanut Istanbuliin Viattomuuden museon myös oikeasti, ja sen on määrä avautua keväällä 2010.