両親に死なれ孤児になったポリアンナ（ヘイリー・ミルズ）は、ポリー・ハリント叔母さん（ジェーン・ワイマン）に引き取られた。そして叔母さんから最初に言われたことは、ハリントン家は町の名もハリントン通り、町の人たちがすべてハリントン家を手本にするから礼儀正しく振舞わねばいけない、ということだった。ある日、孤児院を抜け出てきたジミー少年と知り合ったポリアンナは、“町一番のいじわる爺さん”の庭へ入り込み捕まってしまった。が、“いじわる爺さん”は実は孤独で淋しがり屋であり、そんな気持ちのためいじわるをしていることが分かった。ポリアンナは明るく無邪気に話しかけた。そのため“いじわる爺さん”のいじわるもすっかり治ってしまった。孤児院新築費募集バザーの話が町の人たちの間に起こった。が、町のことはすべて自分がしなければ承知しないポリー叔母さんが頑強に反対した。その上、叔母さんはフォード牧師（カール・マンデル）に手紙を書き、日曜日の説教でバザーに反対するよう頼んだ。しかし、牧師はポリアンナの言う通り、バザーを開くよう進めたので叔母さんはすっかり怒ってしまった。バザーの晩、ポリアンナはジミー少年に誘われて家を抜け出した。そして町中の人たちの中で楽しいひとときを過ごした。夜遅く家に帰ったが玄関から入れず、木を登って部屋へ入ろうとし落ちて足を折ってしまった。その時以来、ポリアンナの寝たきりの生活が始まり、気持ちは暗く沈んでいった。ある日、そんなポリアンナの部屋に突然町の人たちが押し寄せてきた。足の骨折を知った町中の人たちが、彼女の太陽のように明るくやさしい気持ちを思い出しお見舞いに来たのだ。翌日、ポリー叔母さんに付き添われたポリアンナは、町中の人たちに見送られ、ボルチモアの病院へ手術をしに行くことになった。ハリントン駅から汽車で出発するポリアンナの顔には、以前のように明るい微笑が浮かんでいた。