A história de Casa Velha começa com um padre que pretende escrever uma obra sobre a formação do Primeiro Reinado no Brasil e, para isso, investiga a casa de um ex-ministro buscando documentos que seriam úteis para a sua pesquisa. No romance, não é revelado o tempo em que a história se passa.
Durante esta investigação, o padre acaba se tornando íntimo da família e conhece Dona Antônia, proprietária da casa, e seu filho Félix. O padre também torna-se próximo de uma agregada da casa chamada Lalau, que seria sua possível paixão. Apesar disso, pela sua posição de religioso, ele reprime o que sente pela garota e tenta despertar o amor da dela para Félix. Desta forma, os dois jovens acabam se apaixonando.
Lalau é descrita por Machado de Assis como ¿uma criatura adorável, espigadinha, não mais de dezessete anos, dotada de um par de olhos, como nunca mais vi outros, claros e vivos, rindo muito por eles, quando não ria com a boca, mas se o riso vinha juntamente de ambas as partes, então é certo que a fisionomia humana confirmava com a angélica, e toda a inocência e toda alegria que há no céu pareciam falar por ela aos homens¿.