Der Roman handelt von dem Waisenmädchen Momo, das in den Ruinen eines alten Amphitheaters lebt und eine außergewöhnliche Gabe besitzt: Sie kann so gut zuhören, dass Menschen durch ihre bloße Präsenz klüger, kreativer oder glücklicher werden. Kinder und Erwachsene kommen gerne zu ihr, erzählen ihr Geschichten oder lassen sich von ihr trösten. Besonders enge Freunde sind der alte Straßenkehrer Beppo und der Fremdenführer Gigi, die beide auf ihre Weise das Leben genießen, ohne sich von Hektik oder Erfolgssucht leiten zu lassen.
Doch eines Tages tauchen die geheimnisvollen »grauen Herren» auf, Agenten der »Zeitsparkasse«, die die Menschen dazu überreden, ihre Zeit zu sparen. In Wahrheit stehlen sie jedoch die Lebenszeit der Menschen und machen sie kalt, gehetzt und unglücklich. Momo erkennt als Einzige die Gefahr und stellt sich den grauen Herren entgegen.
Als Momo völlig verzweifelt ist, wird sie von der Schildkröte Kassiopeia zu Meister Hora geführt, dem geheimnisvollen Hüter der Zeit. Er lebt in einem Haus außerhalb der normalen Zeit und erklärt Momo das wahre Wesen der Zeit. Die grauen Herren stehlen die Zeit und lassen die Menschen glauben, sie würden sie »sparen«. In Wirklichkeit verschwindet sie unwiederbringlich. Meister Hora zeigt Momo, dass die grauen Herren ohne die gestohlene Zeit nicht existieren können. Sie sind Wesen, die sich selbst am Leben erhalten, indem sie andere ihrer Lebensfreude berauben.
Nach ihrer Rückkehr stellt Momo fest, dass sich die Stadt noch weiter verändert hat. Die grauen Herren haben das Leben der Menschen vollständig unter ihre Kontrolle gebracht. Gigi ist inzwischen ein berühmter Entertainer, hat aber seine echte Freude am Leben verloren. Beppo hingegen wird in einer Klinik ruhiggestellt und kann nicht mehr frei sprechen oder handeln.
Die grauen Herren fassen einen neuen Plan: Sie wollen die gesamte Zeit der Menschen besitzen und fordern Meister Hora auf, ihnen die Zeit aller Menschen zu überlassen. Doch Meister Hora durchschaut ihre Absichten und handelt stattdessen anders: Er stoppt den Fluss der Zeit für eine gewisse Dauer. Ohne frische gestohlene Zeit beginnen die grauen Herren zu schwinden. Sie versuchen verzweifelt, sich zu retten, doch Momo durchkreuzt ihre Pläne. In einem dramatischen Finale besiegt sie die grauen Herren, indem sie den Menschen ihre gestohlene Zeit zurückbringt. Damit kehren Freude und Entschleunigung ins Leben der Stadtbewohner zurück.
