Chihiro, quien, junto con sus padres, en camino a su nueva casa, llegan a un extraño lugar. Allí, contra el deseo de ella, sus padres empiezan a comer. Entonces, decide dar una vuelta, y al volver se da con que sus padres se han convertido en cerdos y que el lugar está ahora poblado de extraños seres. La pequeña tampoco puede volver por donde vino, pues ahora la senda ya no es un enorme lago sino un mar.
Con la ayuda de un misterioso muchacho llamado Haku y una sirvienta llamada Lin, consigue que la dueña de una exclusiva casa de hospedaje la contrate. La patrona se llama Yubaba y es una poderosa hechicera que le quita la memoria a todos sus empleados, y que también lo hace con ella. Pero sólo así Chihiro, ahora Sen, se salva de ser convertida también en cerdo. En tal lugar nuestra heroína pasará por mil y un peripecias, al estilo de "Alicia en el País de las Maravillas" o "Dorothy en el reino de Oz", antes de lograr regresar sana y salva con sus padres a su verdadero mundo.
Sen nunca olvida su nombre, pues Haku se lo hace recordar. Cuando un extraño y maloliente ser llega al hotel, la pequeña es la elegida para atenderlo, y al hacerlo es felicitada por Yubaba, pues ese era un dios del río contaminado por los humanos. Creyendo que un "sin rostro" era un cliente del local, lo deja pasar y éste empieza a comerse a los de allí. Ignorante de esto y tras ayudar a Haku, quien en su forma de dragón blanco es atacado por unas aves de papel, nuestra heroína conoce a Zeniba, hermana gemela de Yubaba. La pequeña le da a su amigo una bola que le diera el dios del río para curarlo del hechizo que lo está matando, y le da la otra mitad de la bola al "sin rostro", lo que lo obliga a arrojar todo lo que se comió.
Sen va a buscar a Zeniba para devolverle lo que Haku le robara, acompañada del ahora calmado "sin rostro", y Haku va luego a recogerla. En medio del aire, ella lo reconoce finalmente como el que la salvara una vez cuando casi se ahoga en un río y le dice su nombre real: Kohaku, con lo que lo libera del hechizo de Yubaba.
La hechicera la pone a prueba: para irse con sus padres debe decir cuáles de los cerdos son, a lo que ella responde que no están allí. Resulta ser verdad y el contrato que ella firmara antes se destruye por sí solo, y nuestra heroína ve entonces que el lago es de nuevo la senda por la que vinieran, y que sus padres la esperan en la salida del túnel por el que ingresaron. La única condición es que ella nunca voltee hasta salir al otro lado. Se despide de su amigo, quien le dice que pedirá su renuncia a Yubaba y que -una vez hecho esto- irá a buscarla. Al llegar afuera se reencuentra con sus padres y juntos prosiguen su camino como si nada hubiera pasado. Sólo Chihiro sabe lo que en realidad ocurrió. Del túnel se oyen los rugidos de... un dragón.