三姐弟在一場大火中失去了父母并繼承了巨額遺產，因未達法定年齡而暫由遠房親戚奧拉夫（金·凱瑞飾）監護。擅長發明的姐姐維奧萊特（艾米莉·布朗寧飾）、博聞強識的小博士克勞斯與能用牙齒咬破布料的幼弟，被貪婪覬覦遺產的奧拉夫接連陷害。他們逃往生物學家叔叔蒙蒂（裘德·洛飾）家中，卻遭遇毒蛇陷阱與奧拉夫的持續追捕。當發現姑媽約瑟芬（梅麗爾·斯特里普飾）的居所同樣危機四伏后，三姐弟決定主動反擊。通過維奧萊特的機械天賦、克勞斯的歷史知識與幼弟的獨特能力，孩子們識破奧拉夫偽裝的馬戲團演員身份，并在消防員卡爾（連姆·艾肯飾）協助下揭露其陰謀，最終攜父母遺留的神秘檔案箱踏上尋找真相與對抗邪惡勢力V.F.D.的道路。