Der Film handelt von Amélie Poulain (Audrey Tautou). In ihrer Kindheit hatte sie keinen Kontakt zu anderen Kindern. Ihre Eltern bringen ihr auch nicht die nötige Zuneigung und so ist ein Goldfisch, den man liebevoll auf den Namen „Pottwal“ getauft hat Amélies einziger Freund. Dieser ist jedoch stark depresiv und versucht sich mit zahlreichen Sprüngen aus dem Aquarium das Leben zu nehmen. Da diese Suiziversuche die Nerven der Mutter strapazieren wird er ausgesetzt. Ein weiterer Schicksalsschlag trifft Amélie als ihre Mutter nach einem Kirchenbesuch von einer sich in den Tod stürzenden Stelbstmörderin erschlagen wird.
Ihr Vater zieht sich darauf völlig zurück. In ihrer Not erfindet sie ihre eigene kleine Welt, in der sie sich zurückzieht. So bald es ihr möglich ist zieht sie aus und arbeitet schließlich als Kellnerin im „Deux Moulins“, einem Café-Restaurant in Montmartre. Ihr Leben erhält eine Wendung, als sie am Todestag von Lady Diana hinter einer losen Fliese in ihrem Badezimmer zufällig eine Dose findet, die die Schätze eines Jungen aus den 1950er Jahren enthält. Sie fasst den Entschluss, die Dose ihrem Besitzer zurückzubringen und, falls dieser sich freuen sollte, ihr Leben damit zu verbringen, anderen Menschen Gutes zu tun.