Le roman se présente comme une enquête de journaliste : dès la préface, l'auteur affirme avoir recueilli des documents et des témoignages sur un fantôme qui aurait réellement existé. Le récit suit Christine Daaé, jeune soprano orpheline, son ami d'enfance le vicomte Raoul de Chagny, les directeurs de l'Opéra et Erik, l'homme défiguré qui vit dans les sous-sols. Leroux y mêle plusieurs registres : roman d'amour, récit fantastique, scènes de théâtre et d'enquête, avec un témoin, le Persan, qui apporte une part de la clef. Le récit passe du salon au labyrinthe souterrain, et le suspense repose sur le doute entre explication rationnelle et surnaturel. Le dénouement fait d'Erik un personnage tragique plus qu'un simple monstre.
Le roman connaît un succès assez discret à sa parution ; sa célébrité mondiale vient surtout de ses adaptations. Le film muet de 1925, réalisé par Rupert Julian avec Lon Chaney, en fixe l'imagerie, et d'autres films suivent, de la version de 1943 avec Claude Rains à celle de Joel Schumacher en 2004. Le feuilleton lui-même avait paru dans la presse avant le volume de 1910. La comédie musicale d'Andrew Lloyd Webber, créée à Londres en 1986, en fait un spectacle de renommée mondiale.
Le Fantôme de l'Opéra est le roman le plus célèbre de Leroux et un mythe de la culture populaire. Il a fixé la figure du monstre amoureux caché sous un théâtre et a nourri, bien au-delà du livre, le cinéma, la scène et l'imaginaire de l'Opéra Garnier. À le relire dans le texte, on découvre un récit plus enquêteur, plus ironique et plus tragique que ses adaptations, où le fantôme est autant un homme blessé qu'une légende.