Marco Polo, explorateur vénitien au service du vieil empereur mongol Kublai Khan, lui décrit lors de conversations imaginaires les cités merveilleuses qu'il prétend avoir visitées à travers son vaste empire, chacune incarnant une facette différente de la mémoire, du désir, des signes ou de la mort. Peu à peu, le lecteur comprend que toutes ces villes fantastiques ne sont peut-être que les multiples visages d'une seule et même ville, celle que Marco Polo porte en lui, tandis que le dialogue entre les deux hommes se love dans une méditation mélancolique sur le temps et la finitude de tout empire.
Le roman s'impose comme l'une des œuvres les plus admirées de Calvino, sa forme inclassable et sa densité poétique contribuant largement à sa réputation d'écrivain italien contemporain le plus traduit au monde.
Le roman demeure une référence incontournable pour quiconque s'intéresse à la ville comme objet littéraire et philosophique, sa méditation sur l'urbanisme, la mémoire et l'imaginaire continuant d'inspirer architectes, urbanistes et écrivains bien au-delà du seul cercle littéraire.