La obra está estructurada en forma de diálogo entre un caballero de la orden de Malta y un navegante genovés, quien le cuenta a aquél la forma de vida de una ciudad situada en la isla de Taprobana y que ha conocido durante su viaje alrededor del mundo.
La Ciudad del Sol se encuentra en la cima de una montaña y en su centro se ha levantado un templo circular consagrado al sol, que se encuentra rodeado por siete murallas también circulares, cada una de ellas dedicada a uno de los siete planetas —reproduciendo así el sistema heliocéntrico de Copérnico—, y cuyos muros están recubiertos con todo el saber de su tiempo para que sus habitantes puedan acceder fácilmente al mismo.
La ciudad está gobernada como suprema autoridad espiritual y temporal por Hoh el Metafísico (el Sol), al que acompañan tres ministros o príncipes —Pon (Poder), que manda en todo lo relativo a la defensa; Sin (Sabiduría), que se ocupa de la educación; y Mor (Amor), encargado de la sanidad y de la política reproductiva—, todos ellos elegidos por sus conocimientos científicos. «¿Por qué gobierna el Sol? La respuesta la ofrece el contexto cultural: si Nicolás Copérnico (1473-1543) situó este astro en el centro del Universo, Campanella fue más allá y lo hizo presidir la república de los hombres