הרומן "מובי דיק" מלווה את צוות הספינה "פקווד" (Pequod), ובראשם הקברניט הקווייקרי אחאב, במסע ציד לווייתנים מסביב לעולם. תוך כדי המסע מתברר הקיבעון של אחאב, והוא הרצון לנקום בלווייתן הלבן העצום בגודלו, מובי דיק. בהיתקלות קודמת אתו גרם מובי דיק לאחאב לאבד את רגלו, וחרש צלקת עמוקה לאורך גופו.

העלילה מבוססת בחלקה על מקרה אמיתי שאירע לספינת ציד לווייתנים ושמה "אסקס", שיצאה מננטקט מסצ'וסטס בשנת 1820 וטבעה. כאשר הייתה הספינה במרחק של כ־3,700 ק"מ מהחוף המערבי של דרום אמריקה, הותקפה על ידי לווייתן עצום-ממדים מהמין ראשתן גדול-ראש (Sperm Whale), והוא ניפץ את ספינתם ונמלט. ניצול הספינה, אוון צ'ייס, פרסם את הסיפור Narrative of the Most Extraordinary and Distressing Shipwreck of the Whale-Ship Essex. בכתיבת "מובי דיק" נשען מלוויל גם על ניסיונו כמלח, ובמיוחד על מסעותיו באונייה לציד לווייתנים מ-1841 עד 1842. פרט ל"מובי דיק" אין בכתביו של מלוויל התייחסות אחרת לתקופה זו, ועל כן אין לדעת אם "מובי דיק" הוא רומן מפתח (כספריו הקודמים) או ספר בדיוני לחלוטין.