밝고 긍정적인 소녀 폴리아나는 미국 서부 지역에서 가난한 시골 목사인 아버지와 함께 살고 있다. 그러던 어느 날, 아버지마저 병으로 세상을 떠나고 혼자 남게 되자 지금껏 있는 줄도 몰랐던 이모가 폴리아나를 맡기로 한다. 하지만 의무감에 어쩔 수 없이 떠맡게 된 조카가 마음에 들지 않았던 폴리 이모는 아직 어린 폴리아나를 냉정하게 대한다. 그러나 어떤 상황에서도 긍정적인 마음을 잃지 않는 폴리아나는 오히려 그런 이모를 당황하게 만든다. 아무리 힘들어도 다음 날이면 꿋꿋이 다시 일어나고, 주변의 어려운 사람을 보면 절대로 그냥 지나치지 못하는 착한 소녀 폴리아나. 그런 폴리아나의 선하고 긍정적인 에너지는 주변의 모든 사람들을 자신의 친구로 만들고 결국은 차갑게 얼어붙었던 이모의 마음까지도 녹인다. 하지만 그런 폴리아나에게 또 다른 시련이 닥쳐오는데...