白夜行故事圍繞著一對有著不同尋常情愫的小學生展開。1973年，大阪的一棟廢棄建築內發現了一具男屍，此後19年，嫌疑人之女雪穗與被害者之子桐原亮司走上截然不同的人生道路，一個躋身上流社會，一個卻在底層遊走，而他們身邊的人，卻接二連三地離奇死去，警察經過19年的艱苦追蹤，終於使真相大白。小說將無望卻堅守的淒涼愛情和執著而縝密的冷靜推理完美結合。
由於母親與自己家當鋪僱的人在家裡偷情，桐原亮司跑到廢棄大樓的通風道里玩耍，卻看到了父親對自己的好友雪穗實施侵害的不堪一幕，扭曲的驚懼與憤怒使得11歲的他用長剪刀刺死了自己的父親，之後西本雪穗的母親及“母親的情人”也“意外死亡”，隨後她被優雅獨居的唐澤禮子收養。沒有了完整家庭的少男和少女，在慘劇發生後度過了平靜的七年，然而，桐原亮司發現當年的案子還是有人在查，而且，已經開始懷疑到自己和唐澤雪穗身上了。沒有家庭溫暖的二人，為了不讓自己的罪行被發現，用盡各種手段把自己身邊的親人、朋友一一除掉。
這一切的起因竟是少女的母親由於家庭窘迫，為了錢硬逼著自己的女兒出賣肉體，幼年不幸的經歷，讓雪穗的心靈從此失去了陽光；而亮司基於各種複雜的情愫，一直暗中幫助雪穗報復迫害她的人，同時也幫她一步步剷除一切妨礙她成功的障礙。
最終桐原亮司為了讓警察不追查到雪穗，用借用跳樓的衝擊力用剪刀自盡，而雪穗面對桐原亮司的屍體，一次也沒有回頭。
在小說最後，案件謎底漸漸揭曉，而直到最後一頁，小說真正的主題才到達沸點。小說最後一句寫道：“只見雪穗正沿扶梯上樓，背影猶如白色的幽靈。她一次都沒有回頭。”桐原亮司的無悔付出，已經到了“粉身碎骨渾不怕”的地步，就連雪穗的絕情，也在計劃當中。然而這兩個雙手沾滿罪惡的人，卻是一對互相依靠的苦難的靈魂。男女主角最大的願望，就是手牽手在陽光下散步，然而這對於他們卻是永遠無法企及的奢望。他們只能在用彼此的光亮照耀下的黑夜艱難前行，為了生存，他們付出了無法償還的代價。
《白夜行》中的兩位主人公那種始終向上的堅強鬥志與不懈努力，其實是在不斷向下的墮落中完成的。雖然他們都無比強悍地地掃清一個個障礙，成就自己的夢想，但是為此而身負的罪孽卻早已萬劫不復。如果結合小說中花費大量篇幅，透過人物的眼睛所描寫的時代背景，那麼小說對日本社會的隱喻便昭然若揭。小說中刻畫的桐原彌生子，就是那個時代某些迷戀物質、不負責任的女性典型。唐澤雪穗刻意習得的優雅與高貴，也有一種畸形的虛榮心。桐原高中時期做起拉皮條的生意，也反映了當時許多日本中產家庭已婚婦女心靈空虛的狀態。桐原從此時起開始介人計算機領域，靠盜版遊戲發家，到後來參與的一系列“盜竊”的手段，側面反映了計算機時代的逐步到來，以及銀行電子系統的發展和完善。時代的發展緊緊地牽引著人物的命運，警官笹垣也在書中感嘆自己老了，跟不上時代了，假如十九年前就有那麼先進的技術，案件不至於拖到如今。因此，從某種角度來說，《白夜行》完全可歸於社會小說的範疇。 [6]
它在提醒讀者思考：一味追求高速發展到了喪失理智的程度，一定會有悲劇發生。縱向來看，整個小說刻意保留了明確的時代感，甚至用當時一些知名的新聞報道來暗示時代背景，包括日本的教育體系，也在對主人公從小學到大學經歷的描繪中展現出來。橫向來看，小說對於人物的刻畫，也堪稱八九十年代日本浮世繪，最開始進入小說的是底層民眾，如當鋪老闆、麵店女工，還特別描繪了當時因為日用品漲價出現的超市哄搶局面。小說中段開始出現中產階級，茶道老師唐澤禮子、世家子弟筱冢一成、私人偵探今枝直巳、普通公司中層高宮誠等人就是這個階層的代表；到了後半部分，隨著唐澤雪穗的生活逐漸變化，她嫁給了世家子弟筱冢康晴，自己也開了服裝店，小說中又出現了上流社會的生活場景。
東野圭吾在講述《白夜行》的故事的時候進行了精緻的設置，首先，東野圭吾將這份愛情藏在一段相當長的時間裡，而正是這樣漫長的敘事時間，使得這份愛情顯得悲涼而厚重。同時，他選取的每一個時間截斷，都將兩人形象塑造得愈加豐滿，使讀者在接受這份本質上恐怖但極致的愛情時會有感同身受的理解。其次，東野圭吾從各個角度選取故事的敘述者，讓他們在主人公生活四面散開，站在每一個角落將兩人這場痛苦而無望的愛情慢慢勾勒成形，讓讀者看到這一場塗滿鮮血和罪惡的所謂愛情。第三，作者將敘事者依次排列在十九年的敘事時間中，而這兩者融合在一起構成了《白夜行》冷靜而殘酷的敘事結構，讀者在品讀兩人各自生活的時候在腦海中不禁浮現出這份躲在“白夜”裡，“無法牽手”，也“沒有回頭”的愛情。
小說的結局，亮司從雪穗華麗的新店樓梯上躍下。當警察笹垣問雪穗:“這個人是誰？”雪穗像人偶般面無表情地答道：“我不知道。”這是小說中在那場殺人案後亮司和雪穗唯一一次出現在同一場景中，卻是生死兩隔。“只見雪穗正沿扶梯上樓，背影猶如自色的影子。”“她一次都沒有回頭。”亮司一直在為雪穗的幸福付出，甚至寧願用自己的生命成就雪穗的新生，而雪穗卻對亮司的死如此冷漠，多數讀者認為雪穗並不愛亮司。小說中有一段雪穗的獨白，這是她第一次袒露自己的內心，“我的天空裡沒有太陽，總是黑夜，但並不暗，因為有東西代替了太陽。雖然沒有太陽那麼明亮，但對我來說已經足夠。憑藉著這份光，我便能把黑夜當成白天。我從來就沒有太陽，所以不怕失去。”是亮司的愛代替了太陽照亮了雪穗的世界，絕望的亮司縱身一躍結束了自己的生命，雪穗的太陽熄滅了，她和亮司早已合為一體，亮司的死帶走了雪穗的靈魂，讓她的背影“猶如白色的影子”。她沒有回頭，不是不愛，而是太愛，為了死去的亮司她絕不能洩露心底的痛楚和悲傷，從此她只能在黑暗中孤獨前行。
《白夜行》是一部通過諸多人物的視角並運用多條伏線創作出來的長篇鉅製，時間跨度從1973年到1992年，長達十九年之久。故事從一箇中年男性一一一當鋪老闆桐原洋介被殺於爛尾樓開始。《白夜行》在敘事時間的設置上基本是沿著時代的發展而向前推移的，全書共分十三個章節，作者基本按照時間從過去到現在的順序來講述故事。在每個章節中，作者雖然沒有直接提及故事的時代背景，但卻通過那個時代所發生的重要歷史事件來告訴讀者故事所發生的時間。如第一章中“這個月初開打的第四次中東戰爭”這句話實際已經指明瞭故事發生的時間起點是一九七三年，這也是整個故事的時間基點。
然而雖然作者採用的是時間上由前而後的故事敘述順序，但這種順序卻被作者運用分章的手法人為地打斷了。作者截取了十三個時間片斷用來講述故事的發展，這種截取並不是突然的、生硬的，而是被作者通過巧妙的視角切換完成的。在這些時間片斷中，兩位主人公在其同學、親人、朋友、同事、男女朋友、警察以及私人偵探等的視角轉換中，隨著時間的推移，形象變得愈加清晰，故事也逐漸走向高潮。這種安排，需要作者對故事有著全而透徹的理解，對人物設置有著全面而巧妙的佈局。最後故事隨著男主人公的死亡而突然結束，這種戛然而止的突兀感，以及由此帶給讀者的男女主人公終未會面的意外感，使得故事在這種敘事結構中產生更大的衝擊力。
在這部小說中，東野圭吾大膽地嘗試了一種寫法，即讓男女主人公始終處於“被注視”的狀態。一個跨越十九年的案件及其所牽涉到的其它案件，全部從其他參與者或者旁觀者的角度來描述。對男女主人公的瞭解和認識幾乎全部從每個相關人員的故事中獲得。比如雪穗是如何在母親死去後被唐澤禮子收養這段歷史，是通過川島江利子與雪穗的對話以及雪穗的家教正晴與禮子的交談來表現的；桐原亮司的高中時代如何維持生計，則是在有彥以及奈美江的故事中得以展現；典子的故事中包含了桐原殺死今枝這一重要環節……這樣的寫作不僅僅需要高超的故事編織技巧，更要求作者對不同類型人物的生活狀態及心理狀態都有精確的把握。 [6]
在作品開始部分，設置了“屍體皮帶異常”的伏筆，與小說結尾“因戀童癖玷汙雪穗”相呼應。它們一個在開頭，一個在結尾。表象與現實相差了20年，時空斷層卻能讓讀者宛若“一語驚醒夢中人”之感。
小說中人脈關係錯綜複雜，作者用相對隱蔽的方法對人物的身份進行說明，而非平鋪直敘。如乍看之下，讀者也許還不能判斷西本文代是否死亡，作者並未對此情節進行直接陳述。而在緊接著的下一章，卻出現了一位“唐澤雪穗”，與前文的“西本雪穗”有種微妙的契合。正當讀者心中狐疑正起時，作者淡淡地提到“收養”一事，暗示西本太太已死。
小說裡面很多人被殺都沒寫直接凶手，唯一可以確認被亮司殺死的只有松浦、今枝和他父親洋介。動機的話，其實都只有一個，自保（主要是保護雪穗），由於接近了真相或者會被揭開真相，所以都被滅口了。
《白夜行》以文化符號作編年紀事，劇情環環相扣，章回之間相互呼應。可以看出，鋪排劇情是東野圭吾的強項。而從根本上來剖析，這部小說的世界其實是一個二元的結構，一邊是罪，一邊是愛；一邊是黑，一邊是白；一邊是正，一邊是邪；一邊是顯，一邊是隱。東野圭吾總是用反諷法去將上述的二元結構顛倒過來，表面上純潔美麗的雪穗是罪惡的，她黑暗的童年陰影無法去除，所以生命中沒有太陽。桐原亮司表面上是神祕而且陰暗的，但他承受了父親罪行的後果，為雪穗不惜一切，他代替了太陽，成為雪穗的亮光，她便可以在白夜中行走。
在偵探故事中，偵探角色一般而言是正義者的化身、人間的審裁者、求真相的人。然而在該作中，偵探在劇情發展中間，角色漸漸褪去應有的色彩，體現出正義力量是有限的，甚至是無能為力的，與之形成對比的是罪惡力量的強盛。《白夜行》中罪惡的力量愈強，贖罪與愛的力量就愈大，這種反諷的手法既讓讀者感到出其不意又引人深思。直到小說的最後，偵探才現身揭發一切，讓清白留在人間。