Coraline (diperankan oleh Dakota Fanning) adalah seorang anak tunggal dari sepasang suami istri yang bekerja sebagai penulis lepas yang akhirnya bangkrut sehingga memutuskan pindah ke sebuah apartemen tu berusia 150 tahun. Coraline membenci apartemen yang bernama Pink Palace Apartment itu. Tetangga-tetangganya terlihat aneh dan menyeramkan. Dia hanya bisa menemukan seekor kucing hitam kurus yang dekil bersama seorang anak laki-laki cukup aneh yang bernama Wybourn Lovet (diperankan oleh Robert Bailey Jr). Coraline tidak menyukai Wybourne karena dia terlalu banyak bicara. Tapi Wybourne berbaik hati dengan memberinya sebuah boneka tua yang ternyata sangat mirip dengan Coraline. Coraline juga memiliki seorang tetangga yang gemar bermain sulap bernama Mr. Bobinsky (diperankan oleh Ian McShane), dan sepasang wanita tua yang dulunya merupakan artis terkenal, Miriam (diperankan oleh Dawn French) dan April (diperankan oleh Jennifer Saunders). Suatu siang tanpa sengaja, ia menemukan sebuah pintu berukuran kecil, yang hanya bisa dimasuki oleh anak kecil sepertinya. Ibunya berhasil menemukan kunci untuk membuka pintu kecil itu, tapi anehnya di balik pintu itu tidak ada apa-apa selain tembok. Ibunya berkata bahwa kemungkinan tembok itu dipasang ketika mereka membangun apartemen itu dulu, sehingga pintu itu tidak bisa digunakan.
Secara diam-diam di balik pintu itu, Coraline menemukan kalau dinding batu itu sudah hilang dan berganti dengan terowongan yang berwarna-warni. Dengan penasaran, ia menelusuri terowongan itu dan menemukan sebuah rumah lain di sisi yang satunya. Disana ia bertemu wanita cantik mengaku sebagai Ibu Lain dari Coraline. Ibu yang lebih baik daripada ibu sebelumnya. Dia memasak makanan yang lezat dan Ayah Lain memainkan musik untuknya. Coraline sangat senang, apalagi ketika Ayah dan Ibu Lain itu mengantarnya ke kamar tidur. Sayangnya, ketika dia terbangun, dia tidak lagi berada di rumah bagus itu, tetapi kembali ke apartemen tua milik orang tuanya dan bertemu dengan kedua orang tua yang tidak memperdulikannya lagi. Petualangannya tak berhenti disitu. Coraline akhirnya menyimpulkan kalau dia akan merasa lebih bahagia jika bisa bersama dengan Ayah dan Ibu Lain di sisi lain pintu kecil itu selamanya. Disana tetangga-tetangganya yang aneh dan misterius berubah menjadi orang-orang yang menyenangkan dan selalu menghibur. Hanya ada satu hal yang membedakan mereka semua dari orang-orang aslinya, mata mereka terbuat dari kancing. Termasuk juga Wybourne. Khusus untuk anak laki-laki ini, di sisi lain, Wybourne tidak bisa bicara alias bisu, sehingga benar-benar berbeda dengan Wybourne yang asli. Dengan semangat dia berusaha kembali membuka pintu itu. Tapi ternyata pintunya sudah dikunci oleh ibunya dan disimpan di tempat yang sangat jauh, sementara orangtuanya pergi ke luar rumah untuk menyelesaikan urusan buku mereka, Coraline ditinggal di rumah sendirian. Coraline yang nakal berhasil menemukan tempat penyimpanan kunci itu dan menelusup kembali ke sisi yang lainnya.
