玛莉和父母本来生活在印度，孤独的她整天只有佣人陪伴。母亲只喜欢参加各种宴会，而父亲整天都在忙军营里的事。一次突如其来的地震使玛莉失去了双亲，剩下她一人，只身和其他地震中的孤儿回到了英国，投奔唯一的亲人姨夫克拉文爵士。玛莉的母亲和姨妈是孪生姐妹，姨妈在十年前就已经死去了。
   
    姨夫的管家梅洛夫人在火车站接到了玛莉，把她带回了姨夫在郊外的城堡里。路上，梅洛告诉玛莉，她姨夫是一个驼背，自从她姨妈十年前死后，姨夫就变得很孤僻，什么人也不想见，还经常外出。
   
    被佣人伺候惯了的玛莉，清晨起来，不会穿衣服。梅洛也不理会她，告诉玛莉姨夫还不想见她，然后把她的早餐放在桌上，把她一人留在了房间里。 玛莉只好穿着睡衣在大房子里瞎转，她不经意间发现了一条密道，找到了姨妈以前住的房间。中午，比玛莉大一些的佣人玛莎给玛莉送午餐时，帮她穿好了衣服，并把她带到屋外，让她到花园里玩耍。
   
    玛莉在花园里的一块墙后，发现了另一个花园，但她却找不到入口。玛莉跑去问圆丁花园的门在那，园丁告诉她说，花园是她姨妈的，姨妈死后，花园也被封闭了，并指着一只知更鸟说，花园的门只有它知道。这时，一个小男孩在一棵树后探出脑袋，玛莉追过去，男孩骑着马跑了。玛莉回到屋里，从玛莎那里知道，那个男孩是她弟弟迪肯。
   
    玛莉在知更鸟的带领下，找到了神秘花园的门。玛莉从姨妈的房间里找到花园的钥匙，进到了花园里。花园里杂草丛生，满目荒凉。但玛莉却意外地在草丛中找到一株花苗。玛莉又去神秘花园时遇到了迪肯，迪肯告诉她说，知更鸟早就在等她的到来。两个孩子来到花园里，玛莉问迪肯花园死了没有，迪肯看了看树枝说，花园还没有死，她的生命力很旺盛。
   
    玛莉半夜被哭声惊醒，跟着声音，她在一个房间里找到了一个躺在床上、面色苍白的男孩。两人自我介绍后，玛莉才知道男孩是她十岁的表弟柯林。姨妈怀着他时，从秋千上摔了下来，生下早产的柯林就过世了。柯林从生下来就有病，从没有出过这间房，父亲也从不来看他，他的双脚也不能走路了。玛莉问玛莎，姨夫为什么不去看柯林，玛莎告诉她，她姨夫怕看见柯林后，会爱上他。
   
    姨夫从外面回来，召见了玛莉。姨夫一见到跟亡妻长得很像的玛莉就吃惊不已，加剧了对妻子的思念之情。他同意玛莉在妻子的花园里栽种花种后，伤心地让玛莉离开了他的房间。清晨，他又离开城堡，外出散心去了。
   
    春天来了，柯林在玛莉和迪肯的帮助下，来到了母亲的花园。花园里百花盛开，柯林被花园里的美景惊呆了。在鸟语花香的花园里，柯林很快地站了起来。在以后的一些日子里，孩子们背着梅洛，在神秘花园里教会了柯林走路。
   
    从没有见过父亲的柯林，一天深夜，和玛莉、迪肯在野外燃起篝火，请求神灵把他父亲从悲伤里释放出来，回到家里。远在外面的克拉文感受到了妻子和儿子在呼唤他回家，他连夜赶回城堡，清晨，在妻子的花园里见到了会走路的儿子柯林。从不会哭的玛莉，面对姨夫的感谢和关心，也忍不住扑在姨夫怀里，哭了起来。
   
    在梅洛和佣人们吃惊的目光下，克拉文带着玛莉和健康活泼的柯林回到家里，城堡又恢复了勃勃生机。