築150年のピンクパレス・アパートへ引っ越してきたばかりのコラライン（声：ダコタ・ファニング）は不機嫌だった。周りには友達もいないし、ママ（テリー・ハッチャー）もパパも仕事に明け暮れて全然構ってくれない。外に出るとワイビーと名乗る口の悪い少年と、生意気な黒猫が後をつけてくる。仕方なく一人で新しい家を探検していたコララインは、彼女の背丈よりも小さなドアを見つける。だが、ドアを開けるとその先はレンガでふさがれていた……。真夜中、ふと目覚めたコララインが逃げるネズミを追いかけて行くと、例のドアの隙間に消えていった。ドアの先にはなぜかトンネルのような道があり、奥まで進むと同じような家の中に辿り着く。そこにはママもパパもいたが、二人とも目がボタンだった。愉快な両親と3人で囲む豪華な食卓。現実では荒れ放題の庭も、こちらでは綺麗な花が咲き誇り、コララインはまるでお姫様の気分であった……。翌朝、目が覚めたコララインは、現実の世界に自分が戻っていることに気付く。しかし、その夜もコララインはドアのむこう側へ行き、現実世界では変わり者のボビンスキーのネズミサーカスを楽しむ。そんな中、無愛想だったあの黒猫（キース・デヴィッド）が「この世界が気に入ったみたいだな。でもそれは間違いだ」とコララインに語りかけてくる。願いを何でもかなえてくれる別のママは「ずっとここにいても構わないのよ」とコララインに微笑み、その条件としてコララインの目もボタンにしろという。コララインは慌てて現実の世界へと逃げ帰るが、本当のママとパパは姿を消してしまっていた。別の世界で唯一コララインを助けてくれる黒猫の力を借り、彼女は再びドアのむこうの世界へと乗り込んでいく。コララインは本当の両親を助け出し、無事に現実世界へと戻ってくることができるのか……？