Le roman s’ouvre sur un avertissement de l’« éditeur », qui présente les lettres comme authentiques : Zilia les aurait traduites elle-même en français. Dans l’édition de 1752, une introduction historique, au programme, rappelle l’histoire des Incas, leur religion du Soleil, leurs mœurs et la conquête du Pérou par les Espagnols.
Zilia, jeune Vierge du Soleil, devait épouser Aza, l’héritier de l’empire inca, le jour même où les Espagnols envahissent le temple et l’enlèvent. Captive, elle écrit à Aza avec des quipos, les cordons noués qui servaient d’écriture aux Incas. Le vaisseau espagnol qui l’emporte est pris par des Français ; leur officier, Déterville, qu’elle appelle d’abord « le Cacique », la traite avec égards. Ne comprenant ni la langue ni ce qui lui arrive, elle croit pourtant aller vers Aza, et tente un moment de se jeter à la mer.
Débarquée en France, Zilia découvre avec stupeur un monde inconnu : un miroir qui la double, une « cabane roulante » qui l’emporte sur les routes, une ville immense, Paris. Déterville la conduit chez sa mère, qui l’accueille avec froideur, et sa sœur Céline devient son amie. Ses quipos s’épuisent ; elle apprend le français et l’écriture, et comprend alors qu’elle se trouve à l’autre bout du monde, sans espoir de retour prochain. Elle observe désormais la société française et en relève les contradictions : un luxe de façade, une politesse sans vertu, des nobles ruinés par l’apparence, des femmes à la fois flattées et méprisées.
Pendant que Déterville est à la guerre, sa mère fait enfermer Zilia et Céline dans un couvent : elle veut forcer sa fille à prendre le voile pour enrichir son fils aîné. Un religieux, que Zilia appelle « Cusipata », vient l’instruire, mais il méprise le culte du Soleil et la presse d’oublier Aza. Au retour de Déterville, celui-ci lui déclare son amour ; Zilia ne peut lui offrir que de l’amitié et de la reconnaissance. Après la mort de Madame Déterville, il lui apprend qu’Aza est vivant et libre à la cour d’Espagne, et promet de le faire venir.
En attendant, Zilia reçoit les ornements du temple du Soleil trouvés sur le vaisseau, accompagne Céline à la campagne pour ses noces et continue de juger les mœurs françaises. Dans l’édition de 1752, deux lettres nouvelles développent cette critique : l’une sur le culte du superflu, qui ruine les fortunes et vide la politesse de tout sentiment (XXIX), l’autre sur l’éducation des filles, si mal conçue qu’on les méprise ensuite (XXXIV). Déterville lui fait la surprise d’une maison et d’une terre achetées avec une partie de ses trésors, avec une bibliothèque : la voilà indépendante.
Aza arrive enfin, mais il est infidèle : converti à la religion des Espagnols, qui lui interdit d’épouser une parente, et séduit par une jeune Espagnole, il n’est venu que pour reprendre sa parole. Zilia tombe malade de désespoir et écrit à Déterville, parti pour Malte. Rétablie, elle refuse pourtant de l’épouser : elle lui offre une amitié sans réserve et l’invite à partager une vie consacrée à l’étude, à la nature et au « plaisir d’être ».