X століття нашої ери. Візантійський імператор Василій II, з перших днів правління зазнавши поразки від болгар і зіткнувшись із заколотом військовоначальників, просить підтримки в правителя руських земель — князя Володимира. За укладеною угодою Володимир відправляє до Візантії дружину, а імператор обіцяє видати за нього сестру Анну — за умови, що князь прийме християнство. Однак Василій порушує договір. Тоді ображений князь іде на Херсонес і після багатомісячної облоги бере місто, яке вважалося неприступним. Василю доводиться виконати обіцянку. Володимир хреститься, одружується з Анною і разом із молодою дружиною повертається до Києва.
Роман «Коли впав Херсонес» відкриває трилогію історичних творів про Київську Русь письменника Антонина Ладинського. До циклу також входять романи «Анна Ярославна — королева Франції» та «Останній шлях Володимира Мономаха».