인도에서 지진으로 부모를 잃고 고아가 된 메리 레녹스(케이트 메이버리 분)은 이모부가 사는 영국의 대 저택으로 이사하게 된다. 그러나 이모부는 아내의 죽음을 슬퍼해 밖으로만 나돌고 좀처럼 메리를 만나주려 하지 않는다. 그 대신 하녀장인 미스 메드록(매기 스미스 분)이 그녀를 돌보게 되는데, 메드록은 그녀에게 방안에만 있으라고 하고, 사사건건 참견을 해댄다. 그러나 메리는 하녀장의 눈을 피해 정원을 뒤지고 다니다 오솔길을 발견하기도 하고, 다른 하녀의 동생인 딕콘(앤드류 노트 분)을 만나 친구가 되기도 한다.

딕콘은 메리에게 분만하다 죽은 이모의 열살 가량 된 병약한 아들이 방안에 갇힌 채 아직도 저택에 살고 있다는 이야기를 듣게 된다. 메리는 정원을 탐험하고 다니다 결국 딕콘에게 들은 소년 콜린(히든 프로우스 분)가 갇혀 있는 방을 발견한다. 메리는 콜린이 그의 엄마의 비밀의 정원을 봐야한다고 생각하고, 딕콘과 함께 콜린을 환자용 의자에 태워 메드록 부인 몰래 집을 빠져나와 정원으로 간다. 

메리는 정원에서 콜린에게 걷는 법을 가르치기 시작하고, 그렇게 메리는 아무도 돌보지 않아 황폐해진 저택을 애정과 보살핌으로 가꾸어 나간다.