夏日的一天，紅發女孩瑪麗（杉咲花配音）被送到阿姨夏洛特所在的鄉間小屋度假。初來乍到，瑪麗對周遭的一切還不那么適應，特別是調皮男孩彼得（神木隆之介配音）有意和她對著干，令瑪麗實在高興不起來。偶然一次的林間探險，瑪麗見到了傳說中的魔法之花"夜間飛行"，還找到了一柄破掃帚。偏偏這把魔法掃帚載著瑪麗飛上天空，來到了專門培養魔法師的恩德學園。在這個神奇的所在，瑪麗受到曼布勒切克女士（天海佑希配音）的殷勤接待，還邂逅了怪模怪樣的D博士（小日向文世配音）。雖然女孩懵懵懂懂成為了魔法學員，可她很快發現了這里所隱藏的秘密——恩德學園正利用危險實驗榨取魔力之源。在D博士暗中協助下，瑪麗識破了曼布勒切克夫人企圖掠奪"夜間飛行"的陰謀。最終瑪麗帶著被解救的魔法植物逃離學園，臨別時將最后一片花瓣贈予D博士以延續生命。本片根據瑪麗·斯圖爾特的英國兒童文學小說改編，是米林宏昌離開吉卜力工作室后制作拍攝的第一部動畫長片。