Amelie (Audrey Tautou) es una chica algo ingenua, crecida al abrigo de su mundo imaginario, que dedica su vida a repartir felicidad entre quienes le rodean, hasta que descubre que su propia vida necesita algo de su mágico optimismo. Amelie no es una chica como las demás. Ha visto a su pez de colores deslizarse hacia las alcantarillas municipales, a su madre Mmandine (Lorella Cravotta) morir en la plaza de Notre-Dame y a su padre Raphaël (Rufus) dedicar todo su afecto a un gnomo de jardín. Creció y se convirtió en camarera en un bar de Montmartre cuya propietaria es una antigua jinete circense. La vida de Amelie es sencilla: le gusta tirar piedras al Sena, observar a la gente y dejar volar su imaginación. De repente, a sus veintidós años, Amelie descubre su objetivo en la vida: hacer felices a los demás. A partir de entonces inventa toda clase de estrategias para intervenir, sin que se den cuenta, en la existencia de varias personas de su entorno. Entre ellas está su portera, que pasa los días bebiendo vino de Oporto; Georgette (Isabelle Nanty), una estanquera hipocondríaca: o el hombre de cristal, un vecino que sólo ve el mundo a través de la reproducción de un cuadro de Renoir. Su misión sin embargo se ve alterada por la llegada de un chico muy peculiar, Nino Quimcampoix (Mathieu Kassovitz), con varios trabajos extraños y una colección de fotos abandonadas en las maquinas de fotomatón. Amelia se fascina con Nino pero prefiere jugar al escondite antes de descubrirse ante él, cuando repentinamente todo lo que ella ha hecho por los demás se vuelve inesperadamente en su favor.
