Dans un petit village, un vieux sculpteur sur bois nommé Geppetto vit seul avec son chat Figaro et Cléo, un poisson rouge. Fabricant de jouets, il crée une marionnette qu'il baptise Pinocchio. Son souhait le plus cher, n'ayant pas d'enfant, est que cette marionnette devienne un vrai petit garçon. Durant la nuit, son v½u est réalisé par la Fée bleue qui donne vie à la marionnette. Celle-ci propose à Pinocchio un marché : il ne deviendra un vrai petit garçon qu'à la condition qu'il se montre digne de l'être. Jiminy Cricket, un criquet ayant trouvé refuge chez Gepetto pour y passer la nuit, se voit attribuer la tâche d'être la bonne conscience du pantin et de l'empêcher de mal agir. En récompense, il demande à être gratifié d'une médaille. Mais la tâche de Jiminy s'avère compliquée...
Dès son premier jour d'école, Pinocchio se fait aborder par deux escrocs, Grand Coquin le renard et Gédéon le chat. Ces derniers parviennent à l'entraîner chez Stromboli, un célèbre marionnettiste, lui faisant miroiter les plaisirs d'une vie d'artiste. Fasciné par cette marionnette vivante et comprenant rapidement le profit qu'il pourrait en tirer, Stromboli embauche Pinocchio pour son spectacle. Après un succès triomphal, le marionnettiste refuse de laisser le pantin rentrer chez lui, le considérant désormais comme sa propriété. Il l'enferme dans une cage en le menaçant d'en faire du « bon bois pour son feu » s'il se rebelle. Malgré ses efforts, Jiminy, qui n'a pas abandonné Pinocchio, ne parvient à débloquer la serrure de la cage. La Fée bleue apparaît alors et questionne Pinocchio sur sa situation. Honteux, ce dernier préfère mentir pour ne pas avouer son erreur, mais son nez grandit à chaque mensonge. Il reconnait alors qu'il a menti et qu'il a eu tort de ne pas aller à l'école. Indulgente, la Fée libère Pinocchio, l'avertissant toutefois que c'est la dernière fois qu'elle lui viendra en aide.
Au même moment, Gédéon et Grand Coquin sont à la Taverne du Homard, fêtant leurs exploits de la journée. Un cocher leur propose alors un marché inquiétant : lui ramener contre des pièces d'or tous les enfants désobéissants du village afin qu'il les emmène l'Île des plaisirs, un endroit fabuleux mais dont la seule évocation suffit à faire frémir de terreur les deux escrocs.
Le jour suivant, les deux compères persuadent à nouveau Pinocchio de les suivre. Sur le chemin, ils sont rejoints par Crapule, un jeune garçon turbulent et mal élevé, que Pinocchio décide de prendre pour modèle. Arrivés sur l'Île des plaisirs, le petit garçon de bois prend plaisir à jouer de l'argent, fumer, boire de l'alcool jusqu'à être saoul et vandaliser des objets, à la plus grande consternation de Jiminy. Mais bientôt, le criquet découvre la malédiction liée au lieu : les enfants dignes du bonnet d'âne se transforment en vrais ânes qui sont ensuite vendus par le sinistre cocher dans des mines de sel ou des cirques. C'est ce qui arrive à Crapule tandis que Pinocchio, se métamorphosant plus lentement car il n'est pas un vrai petit garçon, réussit à s'enfuir à temps alors que seules ses oreilles ont changé et qu'une queue d'âne lui a poussé.
Harassés, Pinocchio et Jiminy rejoignent la boutique de jouets de Geppetto. Ils découvrent la maison vide et une lettre rédigée de sa main, annonçant qu'il est parti en mer avec ses animaux à la recherche de son fils. Malheureusement, l'embarcation et son équipage ont été avalés par Monstro, une redoutable baleine. Afin de retrouver Geppetto, Pinocchio et Jiminy partent sur l'océan et ne tardent pas à être confrontés à la baleine qui n'en fait qu'une bouchée.
A l'intérieur du ventre de la baleine, Pinocchio retrouve Geppetto et ses compagnons sur ce qui reste de leur barque. Afin de sortir de là, Pinocchio a l'idée de faire brûler du bois pour obliger Monstro à éternuer. L'idée fonctionne mais enrage la baleine qui les poursuit et détruit leur radeau. Geppetto, ne sachant pas nager, demande à Pinocchio de rejoindre le rivage sans lui. Le pantin refuse et tente héroïquement de protéger son créateur en l'entraînant vers la plage. Dans sa fureur, la baleine percute un rocher, créant une vague gigantesque qui dépose Geppetto et ses animaux sur la plage sains et saufs mais pas Pinocchio, qui gît inerte sur le sable.
Endeuillés, Geppetto, Jiminy, Cléo et Figaro rentrent chez eux avec le corps de Pinocchio. Alors qu'ils veillent sa dépouille, la Fée bleue apparaît et déclare que, pour avoir sauvé la vie de son père en donnant la sienne, Pinocchio a prouvé qu'il méritait d'être un vrai petit garçon. Elle le ramène à la vie et le transforme en garçon de chair et de sang. Tout le monde fête joyeusement cette seconde naissance. Quant à Jiminy, il reçoit sa médaille de conscience officielle de Pinocchio.
