母を亡くし、牧師の父であるジョンと二人で暮らしていたポリアンナ。ある日、病気がちな父が苦しそうにしている姿を見て心配になったポリアンナは、父が出かけた婦人会の様子をのぞきに行く。

ジョンが倒れてしまい、早く気づくことができなかった自分を責めるポリアンナ。ホワイト夫人はそんなポリアンナをなぐさめてくれる。ポリアンナはジョンを一生懸命看病するが、病気はあまり回復しなかった…。

ポリアンナの幸せのためによかったを探すようにと言葉を残してジョンは亡くなった。ジョンの遺言通り協会本部へ問い合わせてみると、ジョンに何かあった時はベルディングスビルにいる叔母にポリアンナをあずけるようにと伝えられていた。

ベルディングスビルに到着したポリアンナを迎えに来たナンシーは、あまりに明るく元気なポリアンナに驚く。屋敷に向かう馬車の中、パレーおばさんに会える事を喜ぶポリアンナ。しかし、ジョンの事を良く思っていないパレーおばさんは娘のポリアンナに冷たく接する。

ポリアンナは屋根裏部屋が自分の部屋であることに落ち込んでいたが、窓から見える景色の素晴らしさに、額入りの絵なんていらないほど素敵だと感動するのだった。どんな時でも明るくふるまおうとするポリアンナの様子を見て、ナンシーは自分もポリアンナとよかった探しをしようと決意をする。

ポリアンナは自分の母を昔から知っているトムという庭師に出会う。ポリアンナはトムから母親の話を聞くことができて大喜びする。パレーはポリアンナの服を買うため、一緒に町へ服を買いに出かける。

屋根の上で寝ていたポリアンナは叱られてしまう。パレーは網戸が届くまでの間、同じ部屋で寝るようにいいつける。ポリアンナはパレーと一緒に寝られることに感激してしまい、またもや大喜びする。

ポリアンナは散歩の最中に、怖い犬を連れた紳士と出会う。紳士は人の挨拶も無視して通り過ぎる変わり者だった。ポリアンナはそんなさみしそうな紳士のおじさんが気になり、毎日その紳士に話しかける。

ポリアンナは、ナンシーが寝たきりのスノー夫人のもとに見舞いへ行っている事を知り、自分もスノー夫人のもとに見舞いへ行きたいと話をする。

ポリアンナは、孤児院から飛び出し住む場所を探しているジミー少年のことを聞く、パレーおばさんなら助けてくれると思い、ジミーをハリントン家に連れて行くがパレーはジミーを追い返してしまう。

ペンデルトンの犬の後をついて行ったポリアンナは、ケガをして動けなくなったペンデルトンさんを見つける。ポリアンナはペンデルトンの主治医のチルトンを電話で呼ぶため、チップマックと一緒にペンデルトンの屋敷へと急ぐ。

パレーがいとこの葬式に出かけている間、ポリアンナはスノー夫人の見舞いに出かける。スノー夫人は自分のために一生懸命なポリアンナに感動し、自分にはないと思っていた「よかった」を見つけることができる。

チップマックがいなくなり、ナンシーやトムたちはポリアンナと一緒にチップマックを探す。見つかったチップマックは風邪で弱っていた。ポリアンナは雨の降る中、チップマックの側にいようと食事も取らずに見守る。

パレーはショールを取るために入ったポリアンナのいる屋根裏部屋で、ポリアンナの母の形見である手鏡を見て姉のジェニーとの幸せな暮らしを思い出す。無言で部屋に帰るパレーを見て、ポリアンナは怒らせてしまったと落ち込むが…。

ポリアンナは、足を骨折し動けなくなったペンデルトンの家に見舞いに行こうとするが、パレーに反対される。ポリアンナがあまりに熱心なのでパレーはハリントン家の名前を出さない事を条件にペンデルトンの見舞いを許すのだった。

ある日、雨に濡れたパレーの髪が美しい事を知ったポリアンナは、パレーの髪を結わせてもらう。ポリアンナに髪を結われたパレーは思わずときめく。そんな時、ペンデルトンがポリアンナに会いたいというので、チルトン先生がポリアンナを迎えに来るが…。

チルトン先生はポリアンナがペンデルトンにとっての特効薬になると思い、ポリアンナをペンデルトンの屋敷に連れて行く。そこでペンデルトンは自分の過去をポリアンナに話し、これからも来て欲しいと素直な気持ちを伝えるのだった。

ジミーはポリアンナと一緒に自分たちだけの小屋を完成させるが、その土地がペンデルトンの土地である事に気づき、ポリアンナと二人でペンデルトンに許しをもらいに行く。ペンデルトン家からの帰り道、ポリアンナは急に熱を出して倒れてしまう…。

ポリアンナからペンデルトンの話しを聞いたナンシーは、ペンデルトンとパレーは昔恋人だったのではないかと言う。ペンデルトンはポリアンナに養女にならないかと話す。

ポリアンナは、ペンデルトンからパレーにもペンデルトン家の養女になる話を伝えてほしいと頼まれるが、パレーの事を考えるとペンデルトンからの頼みを伝えることができずにいた。

車にはねられ、足が動かなくなったポリアンナ。パレーはポリアンナの体を治すために、専門医のミード医師をニューヨークから呼ぶ。しかし、ミード医師の診断の結果は…。

ナンシーやパレーはポリアンナが再び歩く希望を失わないように、必ず歩けるとなぐさめる。しかし、ポリアンナはがんばっても足を動かす事もできず泣き叫び、心配するパレーを部屋から追い出してしまう。

ペンデルトンはハリントン家を訪問し、ポリアンナが望んだようにジミーを自分の養子にすることをポリアンナに伝える。その報告を聞き、ポリアンナは大喜びする。

ポリアンナが歩けないことを心配し、チルトン先生は新しい医学の資料を調べ続け、ポリアンナと同じ状態の患者が手術によって回復したという報告を見つける。

チルトン先生の紹介で、ポリアンナは足を治療してくれるエームス博士のいるボストンまで手術を受けに行くことになった。しかしエームス博士の診察の結果は手術の成功の可能性は低く、小さなポリアンナの体には命の危険の可能性もあるという報告だった…。

ポリアンナの手術が始まり、手術室の外で待つパレーの心はポリアンナとの思い出でいっぱいだった。ベルディングスビルの人々もポリアンナの手術の話を聞き、成功を祈るのだった。

手術が無事に終わり、チルトン先生はボストンからベルディングスビルへ戻った。ジミーは帰ってきたチルトン先生とペンデルトンの話を聞き、チルトン先生とパレーが恋人同士だったという事を知る…。

ベルディングスビルに帰ってきたポリアンナをたくさんの町の人々が出迎えた。パレーとチルトンが一緒に暮らすようになり喜ぶポリアンナだったが、リハビリのために週に一度ボストンへ通わなければならなかった。

疲労で倒れたパレー。ポリアンナは責任を感じる。チルトンはデラの姉の家にポリアンナを預けてみてはどうかとパレーに相談するが…。

ボストンのカリウ婦人の屋敷に着いたポリアンナは、今まで見たこともないほど大きな屋敷に驚く。しかし、カリウ婦人はデラがポリアンナを連れて来た事を心よく思っていなかった。

カリウ家でチップマックを見失ってしまう。慌てるポリアンナに、メアリはすぐに見つかるとなぐさめるが、リハビリから戻ってもチップマックは見つかっていなかった。

ポリアンナは言葉が通じない場所で、迷子で泣いているところをミッキーという新聞売りの少年に助けられる。しかし、ポリアンナはカリウ夫人から今後一人で外出することを禁止されてしまう。

チップマックはジェームスという少年がランスロットという名前をつけてかわいがっていたが、チップマックがポリアンナの友達である事を知ると心よく返してくれた。ポリアンナは、そんなジェームスのために、毎日公園にチップマックを連れて訪れると約束する。

ポリアンナはカリウ夫人と教会へ行った帰りに、よかった探しの話をするが、ポリアンナは幸せな事がたくさんあるカリウ夫人にはよかった探しはできないと言ってしまう…。

カリウ夫人の甥、ジェミーを捜すためにミッキーに協力してもらおうとしたポリアンナは、ミッキーからジェームスの本名がジェミーだという事を知る。ポリアンナはジェームスこそ、カリウ夫人のジェミーだと思うが…。

ジェームスのもとに訪れたカリウ夫人は、ジェームスの詳しい素性を確かめようとするが、名前以外の事は何もわからなかった。気を落とし家に帰るカリウ夫人に、ポリアンナはジェームスをカリウ家で引き取って助けてあげることはできないのかと言う…。

ジェームスが本物のジェミーかどうか判断できず、カリウ夫人はジェミーをよく知るデラとブリジットを連れて再びジェームスのもとを訪れる。しかし、二人にもジェミー本人かどうかはわからなかった。

ジェームスは本当に僕を欲しいと思っていないカリウ夫人のもとへは行けないとカリウ夫人の話を断る。ジェームスの言葉に気分を悪くしたカリウ夫人は、屋敷に戻り部屋に閉じこもるのだった。

カリウの屋敷にパレーが訪れ、ポリアンナと久しぶりに再会し、カリウとパレーは自分たちが似ていると感じ打ち解ける。ポリアンナのお別れパーティーの当日、カリウ夫人は招待していない子供達がやってきた事で腹をたてるのが…。

カリウ夫人やジェミーたちとボストン見物に出かけたポリアンナ。カリウ夫人は、ジェミーが恵まれない環境でも希望を失わないでいる事を知り好意を持つ。

ポリアンナの回復を祝って、チルトンとパレーはパーティーを開くことにする。パーティーにはポリアンナが世話になった人たちに感謝をこめて招待するのだった。

ポリアンナとジミーが歌い終わり、パレーとチルトンが歌う時に、患者からの電話でチルトンは一人で雨の中往診に出かけることになった。ポリアンナたちはパーティーを続けながらチルトンの帰りを待つが…。

誰もが心配する中、チルトンが瀕死の状態でトムとティモシーに連れられて帰ってきた。チルトンのまわりに家族が集まり、チルトンはそれぞれに別れを告げると息を引き取る…。

パレーはチルトンが亡くなった悲しみから立ち直る事ができないでいた。ポリアンナはそんなパレーをなぐさめようとするが、よかったを探すことができずに落ち込んでいた。

カリウ夫人とジェミーがベルディングスビルに到着し、ポリアンナは二人との再会に大喜びする。ポリアンナはジェミーにバラ園を案内しようとするが、チルトンが亡くなってからトムはショックでバラ園の手入れをしなくなっていた。

ポリアンナはジェミーとバラ園の手入れを手伝う。パレーはチルトンの診療所で一人チルトンを思い出し泣いていた。そこへカリウ夫人が訪れ、同じ家族を亡くした悲しみに苦しむパレーにポリアンナが懸命にパレーのよかった探しを続けていることを聞かせる…。

ジミーとペンデルトンがカリウ夫人に挨拶をするためチルトン家にやってきた。ジミーを見たカリウ夫人は、どこか見覚えがあるような気持ちになる。ある日、ボストンからサディが遊びにやって来る。

丸太から足を滑らせたポリアンナは、危ないところでジミーが駆けつけ助け出す。何もできずポリアンナを助ける事ができなかったジェミーは、早く手術で足を治して動ける体になりたいと強く願う。

カリウ夫人とジェミーがボストンに帰る日が近づく。カリウ夫人はジミーが本物のジェミー・ケントではと言い出す。その話を聞いたポリアンナはジミーの素性がわかる書類袋を思い出し、ポリアンナとパレーはペンデルトン家に行く。

書類袋の中には、ジミーが本物のジェミー・ケントだと証明する書類が入っていた。しかし、ジミーはペンデルトンを一人きりにすることを考えると、とてもカリウのもとに行くことはできなかった…。

ジェミーにジミーの正体が気づかれそうになり、ペンデルトンは機転をきかせ、カリウ夫人に結婚を申し込んだということにしてその場をごまかした。みんなでパレーの山小屋にピクニックに行くことになる。