En un bosque que está siendo despejado para su desarrollo, Arsenyev busca una tumba sin marcar de un amigo que dice haber enterrado hace 3 años. La película se remonta a la expedición topográfica de Arsenyev a la zona de Shkotovo, en la región de Ussuri, en 1902. Una tropa de la expedición topográfica, dirigida por el capitán Arsenyev (Yury Solomin), se encuentra con un cazador nómada de Goldi llamado Dersu Uzala (Maxim Munzuk) que acepta guiarlos a través de la dura frontera. Dersu, que al principio es considerado un anciano inculto y excéntrico, se gana el respeto de los soldados gracias a su gran experiencia, sus instintos precisos, su agudo poder de observación y su profunda compasión. Repara una cabaña abandonada y deja provisiones en un contenedor de abedul para que un futuro viajero sobreviva en el desierto. Deduce la identidad y la situación de las personas analizando las huellas y los objetos dejados atrás.

Dersu Uzala salva la vida del capitán Arsenyev por primera vez cuando ambos se pierden en un lago helado y una repentina ventisca les alcanza. Dersu le enseña a Arsenyev a construir rápidamente una cabaña de paja para refugiarse utilizando hierba y luego, cuando Arsenyev se desploma por agotamiento, Dersu lo mete en el refugio. Los dos hombres evitan morir congelados y son descubiertos por el resto de sus compañeros cuando la ventisca desaparece. La expedición, luchando por sobrevivir en la tundra helada, se encuentra con una familia nani que les invita a su casa, proporcionándoles la comida y el calor que tanto necesitan. En ese momento, Dersu pregunta dónde irá Arsenyev a continuación, a lo que Arsenyev le dice que "de vuelta a la ciudad" e invita a Dersu a ir con él. Dersu le dice que su lugar está en el bosque y que mañana seguirá su camino. Al día siguiente, deja a los soldados junto a las vías del tren y vuelve al bosque.

Cinco años después, en 1907, Arsenyev se encuentra en otra expedición en Ussuri. Lleva meses cartografiando cadenas montañosas, aferrándose todo el tiempo a la esperanza de encontrarse con su viejo amigo Dersu. Una noche, en el campamento, uno de sus hombres dice que se han encontrado con un viejo cazador en el bosque que preguntaba por su unidad. Instantáneamente esperanzado, Arsenyev exige saber dónde ha visto al hombre y se adentra en el bosque lleno de esperanza de ver a su viejo amigo. Buscando en el bosque durante unos minutos, ve a Dersu alejándose en el bosque. Al llamarlo, le invade la alegría cuando Dersu le grita y los hombres corren hacia él. Los hombres se abrazan y Arsenyev lleva a Dersu de vuelta al campamento, donde los dos se sientan junto al fuego y hablan de su tiempo de separación. Dersu retoma el trabajo de guía de la expedición. La expedición se separa cuando Arsenyev, Dersu y algunos hombres cruzan un gran río en balsa, y el resto continúa para intentar encontrar un vado para cruzar con los caballos. Arsenyev y Dersu quedan atrapados en la balsa mientras los demás desembarcan y son rápidamente arrastrados río abajo. Dersu vuelve a salvar la vida de Arsenyev empujándolo fuera de la balsa y diciéndole que nade hacia la orilla. Dersu queda atrapado en la balsa cuando las condiciones del río se vuelven traicioneras. Momentos antes de que Dersu y la balsa se estrellen en los rápidos, Dersu salta a una rama en medio del río. Entonces ordena al grupo que corte un árbol que pueda alcanzarlo antes de que se ahogue. Pasa algún tiempo y los hombres parecen estar de buen humor. Se hacen varias fotos con Dersu y todo parece ir bien. Arsenyev escribe en su diario que algunos de sus mejores recuerdos de Dersu se produjeron durante el comienzo de ese otoño.

Poco después, el grupo de expedicionarios está caminando por el bosque cuando Dersu se da cuenta de que les acecha un tigre siberiano. Dersu intenta en vano ahuyentar al tigre siberiano diciéndole que los soldados le dispararán con sus armas. El tigre sigue acercándose a Dersu y Arsenyev hasta que Dersu se ve obligado a disparar al tigre (lo que falla). Dersu se siente inmediatamente perturbado por haber disparado al tigre. A pesar de que Asenyey le anima a que el tigre no esté herido, Dersu está convencido de que el tigre correrá hasta morir. Afirma que Kanga, que es un espíritu del bosque al que su pueblo adora, no estará contento y enviará otro tigre a por él. Dersu se vuelve cada vez más irritable, gritando a los miembros del grupo y distanciándose de Arsenyev. La vista y los demás sentidos de Dersu comienzan a desvanecerse con la edad hasta que ya no es capaz de cazar, por lo que no puede vivir solo en el bosque.

El capitán Arsenyev decide llevar a Dersu con él a la ciudad de Khabarovsk. Dersu descubre rápidamente que no se le permite cortar leña ni construir una cabaña y una chimenea en el parque de la ciudad, ni tampoco disparar dentro de los límites de la ciudad. A pesar de su amor por Arsenyev y la familia de éste, Dersu se da cuenta de que su lugar no está en la ciudad y le pide a Arsenyev si puede volver a vivir en las colinas. Como regalo de despedida, Arsenyev le regala un rifle nuevo.

Un tiempo después, Arsenyev recibe un telegrama en el que se le informa de que se ha encontrado el cadáver de un Goldi, sin más identificación que la tarjeta de visita de Arsenyev, y se le pide que venga a identificar el cuerpo. Arsenyev comprueba que efectivamente se trata de Dersu. El oficial que encontró a Dersu especula que alguien puede haber matado a Dersu para obtener el nuevo rifle que le regaló Arsenyev. Mientras los sepultureros terminan su trabajo, Arsenyev encuentra el bastón de Dersu en las cercanías y lo coloca en la tierra junto a la tumba.