בעיר חיים ולז'אן וקוזט, ז'אבר שדולק בעקבותיהם, וגם משפחת תנרדייה, שנאלצה לסגור את הפונדק ללא תמיכתה הכספית של פנטין, וכעת מתפרנסת מגנבות ומכיוסים. הרחוב הפריזאי מקבץ אליו עניים, פושעים, זונות, טיפוסים מפוקפקים וסטודנטים, וגם את גברוש, ילד רחוב פוחח (בספר מצוין כי הוא בנם הזנוח של הזוג תנרדייה, במחזמר אין לכך אזכור). במעבר אקראי של ולז'אן וקוזט ברחוב, תנרדייה מזהה אותו כאדם ש"גזל" ממנו את קוזט. תנרדייה לוכד את ולז'אן, אך התערבותו של ז'אבר - כעת שוטר בדרגת מפקח - נותנת לולז'אן את ההזדמנות לברוח יחד עם קוזט. מריוס, אחד הסטודנטים, מתאהב בקוזט ממבט ראשון. הוא מבקש מאפונין שתנסה לאתר אותה בעבורו, בלי להבחין שאפונין מאוהבת בו בסתר. היא מאוכזבת, אך מסכימה.
הרחוב תוסס משמועות על הדחתו של הגנרל למרק, האדם היחיד בממשלה שדואג לעניים. הסטודנטים, תחת הנהגתו של אנז'ולרא הכריזמטי, נאספים בבית הקפה ABC כדי לתכנן מהפכה, מתוך מטרה להיאבק על זכויותיהם הסוציאליות ולהשפיע על עתיד השלטון המסואב (האירוע המיוחס, המרד הרפובליקני בפאריס של יוני 1832, אכן התרחש במציאות). במהלך האספה מגיע גברוש ומבשר על מותו של למרק. הסטודנטים רואים בכך אות לתחילת המאבק ויוצאים לרחוב בהנהגת אנז'ולרא. מריוס נמצא פיזית בין חבריו הסטודנטים אך מחשבותיו נודדות אל קוזט.
בינתיים, בביתם המפואר, מתברר שגם קוזט התאהבה במריוס. ולז'אן, שרואה אותה יושבת בחצר טרודה במחשבות, מנסה לדובב אותה. בתגובה היא מנסה לחלץ ממנו מידע על עברה ועל עברו, אך כמו תמיד הוא מסרב לספר לה, ויוצא מן החצר. אפונין מביאה את מריוס אל החצר, והוא וקוזט מתוודים על אהבתם, בעוד שהיא נשארת שבורת לב מעבר לגדר. חבורת הפושעים של תנרדייה מגיעה כדי לשדוד את הבית, ואפונין בוגדת בהם מתוך דאגה למריוס ומבריחה אותם. ולז'אן משוכנע שידו של ז'אבר השיגה אותו וקורא לקוזט לשוב הביתה כיוון שהם עומדים לברוח השכם בבוקר.
ערב המהפכה: קוזט ומריוס שבורי לב מפרידתם הצפויה. מריוס נקרע בין הרצון ללכת אחר קוזט לבין חובתו המוסרית להישאר עם חבריו, ולבסוף בוחר להצטרף למאבק הסטודנטים. ז'אבר - נאמנו של השלטון - מתכנן להתחזות לאחד מהם, ולהפיל אותם מבפנים. הזוג תנרדייה מתכננים לנצל את המצב כדי לבזוז את גופות המתים (הצפויים).
מערכה שנייה.
הסטודנטים מקימים את המתרס ברחוב. ז'אבר מממש את תוכניתו ומצטרף אליהם כמרגל. מריוס מופתע למצוא את אפונין על המתרס, מחופשת לנער. הוא חושש לחייה וכדי לשלוח אותה משם הוא מבקש ממנה למסור מכתב לקוזט, בתקווה שעוד לא עזבה. אפונין מוסרת את המכתב לולז'אן, והוא קורא בו ומגלה על אהבתה של בתו. אפונין שבורת הלב חוזרת למתרס כדי להיות עם מריוס, ובדרך חולמת על האושר שהיה מנת חלקה לו השיב לה אהבה.
בינתיים במתרס, ז'אבר נותן עצות כוזבות לסטודנטים, אך מזימתו מסוכלת על ידי גברוש, שחושף את זהותו האמיתית. הסטודנטים כובלים אותו בפינה. אפונין חוזרת למתרס פצועה, מדממת מכדור שספגה בדרך. מריוס מבין לראשונה שהיא מאוהבת בו, והיא מתה מאושרת בזרועותיו.
ולז'אן מגיע למתרס ומתנדב לסייע במאבק, מתוך מטרה לאתר את אהובה של בתו ולשמור עליו עבורה. הסטודנטים מבהירים לו שאם יבגוד בהם יסיים כמו ז'אבר. ולז'אן יורה והורג צלף שניסה לפגוע באנז'ולרא, ובתמורה להכרת התודה מבקש שיניחו לו לטפל בז'אבר. ז'אבר משוכנע שולז'אן ינצל את ההזדמנות כדי "לסגור איתו חשבון", אולם להפתעתו ולז'אן מתיר את כבליו ומסביר לו שהוא מבין שהוא בסך הכול מילא את תפקידו. ז'אבר שוטח בפניו את משנתו: פעם גנב – לעולם גנב, ומתרה בו שאם ישחררו הוא ישוב לרדוף אותו. ולז'אן מסביר לו בפשטות שהוא טועה והוא אדם כמו כולם, ואף נותן לו את כתובתו למקרה שישוב בחיים. הוא מעמיד פנים כאילו ירה בז'אבר, והלה נמלט.
הסטודנטים חוגגים את הערב הראשון על המתרס בשתייה ובשירה, ובמהלכה מגלה ולז'אן שמריוס הוא אהובה של בתו. כשהלילה יורד וכולם ישנים, הוא נושא תפילה לאל שישמור על מריוס ושישיב אותו בשלום אל ביתו, אפילו בתמורה לחייו שלו.
למחרת היום המצב מחמיר והתחמושת של הסטודנטים אוזלת. גברוש מתנדב לאסוף קליעים מאנשי־משמר מתים, וקופץ מעבר למתרס לפני שמספיקים לעצור בעדו. הוא מספיק לזרוק את התיק עם הקליעים לעבר הסטודנטים ואז נורה ומת. אנשי המשמר מקיפים את הסטודנטים אך הם מסרבים להיכנע. בקרב האחרון נהרגים כולם ומריוס נפצע אנושות. ולז'אן, פצוע גם הוא, נושא אותו על כתפיו דרך תעלות הביוב. ז'אבר חוזר בניסיון לאתר את גופתו של ולז'אן. כשהוא לא מוצא אותה הוא מסיק כיצד נמלט ויורד אל הביוב. תנרדייה בוזז את גופות הסטודנטים וגם את מריוס, בשעה שהוא וולז'אן שכבו בביוב מעולפים, והוא חשב שהם מתים.
ז'אבר משיג לבסוף את ולז'אן בביוב, ומזכיר לו את הבטחתו. ולז'אן לא מנסה להתחמק אך מבקש שעת חסד כדי להביא את מריוס לבית החולים. ז'אבר מהסס אך מסכים. לאחר מכן נתקף ז'אבר במשבר אמונה חריף – אמות המוסר והחסד שגילה אצל ולז'אן סודקות את תמונת עולמו ומערערות את צדקת דרכו. הוא הקדיש את חייו במטרה לאסור שוב את ולז'אן, וכעת חש שהקרקע נשמטת תחת רגליו. הוא מחליט לשים קץ לחייו ומשליך את עצמו לנהר הסן.
בתום הקרבות הנשים מחזירות את הרחוב לקדמותו, ומבכות את מותם של הבחורים הצעירים. בבית הקפה השומם יושב מריוס לבדו, מתקשה להתמודד עם העובדה שהוא חי בעוד חבריו מתים. כמו כן המחשבה על מצילו המסתורי טורדת את מנוחתו. עם הזמן הוא מחלים ומתחזק בעידודה ובתמיכתה של קוזט האוהבת. הוא מבקש את ידה מולז'אן. ולז'אן נעתר לבקשתו, ובשעה שהם לבד מספר לו את סיפור חייו ומשביע אותו שלא לספר לקוזט. הוא מסביר לו שז'אבר עדיין בעקבותיו ולמען שלומה של קוזט עליו להסתלק מחייה.
בחתונתם של קוזט ומריוס מופיע הזוג תנרדייה. מצבם השתפר בעקבות הבזיזות והם מציגים את עצמם כאנשי החברה הגבוהה. הם מנסים לסחוט את מריוס ומספרים לו שאביה של קוזט הוא רוצח. כהוכחה הם מציגים בפניו טבעת שהייתה על הגופה שהרג, היא טבעתו של מריוס שתנרדייה שדד ממנו בביוב. מריוס מבין שולז'אן היה האיש שהצילו אותו, ויחד עם קוזט הם ממהרים לוז'אן ומבקשים את סליחתו ואת אהבתו.
ולז'אן, בודד ועל ערש דווי, יושב לאור הנרות בפמוטים שקיבל מהבישוף, ונושא תפילה לאל שיסלח לו על חטאיו ושיאסוף אותו אליו. הוא הוזה שדמותה של פנטין המנוחה מודה לו על דאגתו לקוזט וקוראת לו לבוא אליה. כשמריוס נכנס הוא מתנצל בפני ולז'אן, מודה לו על שהציל את חייו ומספר על כך לקוזט. ולז'אן מאושר לפגוש במריוס ובקוזט, ובקשתו האחרונה היא שיקראו את המכתב שבו כתב את סיפור חייה המלא של קוזט. ולז'אן מת, והבמה מתמלאת בכל משתתפי המחזמר לשיר סיום מלא תקווה לגורלם של עלובי החיים.
המחזמר בתחילתו.
אף על פי שכבר במאה ה-19 שקלו מלחינים רבים להפוך את "עלובי החיים" לאופרה, רק 120 שנה לאחר מכן הפזמונאי הצרפתי אלן בובליל החליט להפוך את הרומן האהוב למחזמר, שלימים הפך למפורסם כמעט כמו הספר עצמו. בובליל פנה לשותפו, קלוד-מישל שנברג, שילחין את מילות השירים. "על מנת להתחיל במלאכת ההלחנה", אומר שונברג, "אתה חייב לאהוב את הספר. כשקראתי אותו, כבר שמעתי את המוזיקה".
אחרי שנתיים של עבודה מפרכת מצד הכותב והמלחין, הוקלטו השירים בהקלטה בת שעתיים. תקליט הקונספט, שיצא ב-1980, מכר 260,000 עותקים. הגרסה הבימתית הראשונה של המחזמר עלתה בספטמבר 1980 בתיאטרון בפריז והציגה 100 פעמים בפני למעלה מ-500,000 צופים סה"כ. המחזמר תוכנן להציג שמונה שבועות בלבד, אך הציג שישה עשר שבועות, והפסיק רק משום שאולם התיאטרון התחייב להפקות אחרות.
המחזמר בלונדון וברודוויי.
בשנת 1982, במאי תיאטרון צעיר בשם פיטר פראגו התרשם מאוד מההקלטה של "עלובי החיים", והביא אותה לתשומת לבו של המפיק הבריטי קמרון מקינטוש. מקינטוש, מפיק בעל עבר עשיר במחזות זמר (היה אחראי על "אוליבר!", "גבירתי הנאווה" ועוד), החל לעבוד על גרסה אנגלית למחזמר. הוא ביקש מהעיתונאי והפזמונאי הרברט קרצ'מר ליצור גרסה אנגלית למחזמר יחד עם בובליל ושונברג, ומהבמאי טרבור נאן לביים. ההצגה הראשונה באנגליה הועלתה באוקטובר 1985 בלונדון, והמחזמר מציג עד היום (נכון ליוני 2022).
ההפקה בברודוויי עלתה במרץ 1987. המחזמר זכה בשמונה פרסי טוני (פרסי התיאטרון האמריקני) ביניהם פרס טוני למחזמר הטוב ביותר, ופרס המוזיקה המקורית הטובה ביותר. המחזמר תוכנן לרדת במרץ 2003, כעבור 16 שנים מאז שעלה, אך הורדת המחזמר נדחתה, בין השאר בגלל דרישת הקהל, למאי 2003. המחזמר נמצא במקום הרביעי ברשימת מחזות הזמר שהציגו בתקופה הארוכה ביותר (לפניו ברשימה- "פנטום האופרה", "קאטס" ו"שיקגו"). באוקטובר 2006 הועלה שוב המחזמר על במות ניו יורק לתקופה מוגבלת של שישה חודשים שהוארכה מספר פעמים ולבסוף ירד מהבמה בינואר 2008.
עלובי החיים הוא המחזמר שמוצג במשך התקופה הארוכה ביותר בלונדון. באוקטובר 1995 חגגו בלונדון את חגיגות העשור למחזמר, עם הפקה מיוחדת שבה אחד משירי הסולו של ז'אן ולז'אן הושר על ידי 17 שחקנים ששיחקו את ולז'אן במדינות שונות, כל שחקן מהמדינה ומההפקה שלו.