شخصیت‌های اصلی داستان، پنج نفرند؛ فیودور پاولوویچ کارامازوف و چهار فرزندش به‌نام‌های دیمیتری، ایوان، آلیوشا و اسمردیاکف (که فرزند نامشروع فیودور است). فیودور پاولوویچ کارامازوف مَلاکی بدنام در یکی از شهرهای کوچک روسیه است که در نهایت به قتل می‌رسد و دیمیتری — پسر بزرگترش — به ظن قتل وی دستگیر می‌شود. هر یک از چهار برادر، وجهی از شخصیت پدر را بیان می‌کنند. پیرامون پی‌رنگ اصلی، خرده‌روایت‌هایی هم وجود دارد که برخی از آنها مورد توجه منتقدان ادبی قرار گرفته‌است. مشهورترین خرده‌روایت این رمان، روایت «مفتش اعظم» است. این روایت در قالب شعری بیان می‌شود که ایوان در یکی از دیدارهایش با آلیوشا برای او می‌خواند.

برادران کارامازوف سرشار از شخصیت‌پردازی و تحلیل‌های عمیق روان‌شناختی است. زیگموند فروید در مقاله‌ای با عنوان «داستایفسکی و پدرکشی»، با تحلیل انگیزه‌های فرزندان کارامازوف برای پدرکشی و تحلیل روابط داستایفسکی با پدرش، او را واجد انگیزه پدرکشی دانست. خودِ داستایفسکی، پرسش محوری کتاب را مسئلهٔ وجود یا عدم وجود خداوند و خیر و شر در عالم دانسته‌است. داستایفسکی در این کتاب، علاوه‌بر روایت‌کردن داستان، سیری از تحول افکارش را نیز ارائه کرده‌است. رابرت بِرد معتقد است که محوریت این اثر، مشروعیت بخشیدن به نهاد «پیر دیر» در کلیسای ارتودکس بود تا وجههٔ عمومی این مذهب را در روسیه و سراسر دنیا بهبود بخشد.

نخستین ترجمه انگلیسی از برادران کارامازوف به‌عنوان یک رمان کامل را کنستانس گرانت در سال ۱۹۱۲ انجام داد. نخستین ترجمه فارسی را هم مشفق همدانی در سال ۱۳۳۵ انجام داد. سه ترجمهٔ مشهور دیگر به فارسی را صالح حسینی، پرویز شهدی و احد علیقلیان انجام داده‌اند که هیچ‌یک مستقیم از نسخهٔ روسی برگردانده نشده‌است. چندین فیلم سینمایی و سریال تلویزیونی نیز با اقتباس از این رمان ساخته شده‌اند.