El centro de esta historia es la búsqueda del Santo Grial, aquella copa de la que bebiera Jesús en la última cena, de la que se decía que tenía poderes mágicos curativos y regenerativos. Esta copa habría sido dada a José de Arimatea, y sus descendientes la habrían llevado a Inglaterra. Merlín habría solicitado a Arturo que buscara el Santo Grial y este mandó a sus caballeros a encontrarlo.
El rey literario es hijo de un rey de una pequeña comarca, Uther Pendragon (en galés Uther hijo del Dragón) , quien deseaba a Igrayne, esposa de Gorlois, duque de Cornualles. Uther hace que el mago Merlín embruje a la mujer para que, cuando él ingresase a sus aposentos, ella creyese que se trataba de su esposo. Uther, aprovechando el engaño, mantiene relaciones sexuales con Igrayne, engendrando con ella un hijo: Arturo. (Ver la relación con el argumento de 
Tristán e Isolda).
Cuando el niño nace, es tomado por Merlín, quien lo entrega a sir Héctor para que lo cuide y lo críe como su propio hijo, Kay. Igrayne y Gorlois tuvieron a Morgana, hermana mayor de Arturo. Sería enviada a la Isla de Avalon con su tía, la Dama del Lago, donde se convertiría en sacerdotisa y, después, sucesora de la Dama.
A los 16 años, Arturo concurre con su padrastro y el hijo de éste a Londres, donde caballeros de toda Inglaterra intentan sacar una espada de su prisión, un yunque que a la vez se encontraba prisionero de un trozo de mármol. La leyenda cuenta que quien la liberase sería el rey de Inglaterra y el encargado de unificar todos los reinos de la isla. En algunas versiones la legendaria espada Excalibur y esta son la misma, mientras que en otras, Excalibur le fue entregada posteriormente por un ser semejante a una ninfa, que era llamado la Dama del Lago.
Infructuosamente, todos los caballeros intentaron extraer la espada, pero es Arturo, sin ser caballero aún, quien logra liberarla, y le es revelada su verdadera identidad. Con la resistencia de todos los presentes, es proclamado rey, sin embargo, poco a poco todos lo aceptan y Arturo jura impartir justicia a todos los hombres de Inglaterra sin tener en cuenta su posición social.
Ya en su castillo de Camelot, se rodea de los caballeros más valientes y honestos: Lanzarote, Perceval y otros, junto con quienes funda la Orden de la Mesa Redonda. Bretaña goza, entonces, de 12 años de paz.
Los caballeros de Arturo, en busca del Santo Grial, combatieron en bosques sombríos y castillos contra duendes, dragones y otras bestias, y regresaban a Camelot a contar sus aventuras en la mesa redonda donde se reunían.
Arturo se casa con Ginebra, una hermosa doncella, de quien se enamora Lanzarote y a quien ella corresponde. Mordred, hijo de Arturo y Morgana, hermana de Arturo (según las versiones más antiguas, hijo de Morgause, una de las tías de Morgana y Arturo), se entera del idilio y lo denuncia ante Arturo, que se ve obligado a condenar a la hoguera a su esposa, según las leyes de la época. Lanzarote salva a la reina y huye con ella a Francia.
Arturo sale en persecución de los amantes y deja el reino encargado a su hijo Mordred, quien se apodera del trono. Al regreso de Arturo, él y sus caballeros deben luchar para recuperar el trono, en la Batalla de Camlann. Arturo se enfrenta a su hijo, al que atraviesa con su lanza. Pero Mordred, antes de morir, hiere fatalmente a Arturo, y muere.
La historia cuenta que su hermana Morgana llevó el cuerpo de Arturo en una barca hasta las orillas de Avalon. Sin embargo, otras versiones sostienen que fue enterrado junto a una pequeña ermita en medio de un bosque, por lo que se desconoce su paradero; y otras que fue enterrado en Glastonbury. Posteriormente, cuando Ginebra muere, es sepultada por Lanzarote junto a la tumba del Rey Arturo.
