Le roman retrace l'existence de Jean Barois, tiraillé toute sa vie entre la foi catholique inculquée durant son enfance et une philosophie humaniste, libre-penseuse et rationaliste, à laquelle il finit par adhérer avec une conviction farouche à l'âge adulte. Son parcours intellectuel se trouve directement engagé dans l'affaire Dreyfus, dont le roman offre une évocation historique précise et documentée, avant de retrouver, dans la vieillesse et face à la mort, une hésitation nouvelle entre les deux visions du monde qui ont structuré toute sa vie.
Le roman rencontre un succès immédiat qui installe la réputation de Martin du Gard, sa forme narrative originale et son traitement direct de l'affaire Dreyfus contribuant à sa reconnaissance par le cercle influent de la Nouvelle Revue française.
Le roman demeure un témoignage précieux sur les débats intellectuels qui traversent la France du tournant du siècle, entre foi religieuse et rationalisme scientifique, sa forme dialoguée originale continuant d'être étudiée comme une expérimentation narrative précoce et maîtrisée.