В центре сюжета - Амели Пулен, молодая парижанка, живущая в мире собственных фантазий и мечтаний. Её жизнь меняется после того, как она находит коробку с детскими вещами своего соседа по чердаку. Это открытие побуждает её начать помогать окружающим, веря, что добрые поступки могут принести радость и изменить мир к лучшему.
Амели работает официанткой в кафе на Монмартре, где каждый день встречается с самыми разными людьми. Она мечтает о больших переменах, но боится выходить из своей скорлупы. Однажды, обнаружив старую коробку, полную тайн своего соседа господина Фуке, Амели решает вернуть её владельцу, что становится началом её пути к самореализации.
Сердце девушки замирает при виде загадочного мужчины по имени Ниньо, который работает в магазине сувениров. Она пытается выяснить его прошлое и понять, как достучаться до его сердца. Амели начинает играть роль невидимого ангела для тех, кто её окружает: она возвращает потерянную коробку господину Фуке, помогает бездомному старому писателю найти свою книгу и даже пытается воссоединить разлученные души.
Её приключения ведут к серии забавных и трогательных событий. Амели учится быть смелее и открывать для себя радости жизни, в то время как её собственная жизнь начинает приобретать новые краски благодаря её добрым делам. Она осознаёт, что счастье не приходит само по себе, его нужно создавать своими руками, начиная с маленьких шагов и добрых поступков.
Фильм показывает, как один человек может изменить мир вокруг себя, если только он решится выйти из своего уединения и начать действовать. Амели Пулен - это символ надежды и веры в чудеса, которые возможны каждый день, стоит лишь немного пошевелиться и посмотреть на привычный мир другими глазами.
