ある晩、畑家の庭にＵＦＯが降り立ち、大きな袋を捨てていった。中から「ペットントン」としゃべる奇妙な宇宙生物が現われ、ネギ太になついてきた。しかし父のナス夫は宇宙戦争になってもいいから捨ててこいと命じる。いやいや命令に従ったネギ太だったが、雑草を食べて苦しむペットントンを見て、野原動物病院へ運び込む。
ネギ太の祖母セロリが恋をした相手は、テニスプレーヤーの美少年。彼にコーチを受ける少女に嫉妬したセロリは、ペットントンの不思議アイテム・友だちの輪に授けられたアイデアで、２人をケンカ別れさせた。恋することが理解できないペットントンだったが、神社で出会った少女ヨーコと話すうち、なぜか楽しい気持ちになる。
ペットントンはみんなの役に立ちたいと働くが、ことごとく裏目に。宇宙生物だから地球でうまくやれないと悩み、ホームシックにかかってしまう。一方、ペットントンを利用してお金儲けをたくらむセロリおばあちゃん。キスされたペットントンが風船のようにふくらんで空に浮かぶことから、遊覧飛行会社を作ることを思いつく。
ナス夫パパは役所で課長に叱られて落ちこみ、仕事を休むと宣言する。替わりに働けばよいと友だちの輪に告げられたペットントンは、ヨーコに紹介された青果市場でアルバイトを始める。しかし大好物の野菜の山を目の前にして、食欲を押さえきれない。その頃ナス夫は妻と母からすべての家事を押しつけられ、悲鳴を上げていた。
ネギ太は自分のママが世界でいちばんキレイでいてほしいと願っていた。それを知った母トマトは、ペットントンの友だちの輪で、おしゃれな街に出て研究すればいいと思いつく。しかし研究に熱中するあまり、家事を放り出してしまう。セロリおばあちゃんや父ナス夫、ネギ太も逃げ出し、ペットントンが家事をすることになる。
ペットントンに芸を仕込んでサーカス団を作ろうとするセロリおばあちゃん。家事を命じるトマト。出世のためにペットントンを区長の宣伝用アドバルーンにしようとするナス夫。逃げ出したペットントンを探しに、ネギ太はセロリや同級生の小百合、ガン太と一緒に山に向かう。そこで楽しく遊ぶペットントンを見たネギ太は…。
朝からなぜか機嫌のいいセロリおばあちゃん。じつは今日はセロリの誕生日なのだ。しかしセロリのコンピューターは、みんながそのことを忘れているからプレゼントは無いと予想する。狂暴化したセロリは家庭内暴力の果てに家出してしまう。ペットントンはヨーコと友だちの輪を使って、自分がセロリを祝えばいいと思いつく。
緑のおばさんの手伝いをするなど、ペットントンはどんどん街にとけこんできた。しかし野原動物病院の看護婦トモコだけは、いまだにペットントンを見ると気絶してしまう。トモコもペットントンに慣れようと努力するのだが、アレルギーは直らない。そんなとき病院で治療を受けたゴリラが、元気になりすぎて脱走してしまった。
食欲旺盛なペットントンはママから太ったと言われ、ヨーコが彼氏はスポーツマンが最高と話すのを聞く。パパに頼んでスポーツの特訓をはしごするが、芸術を愛する男性も素敵というヨーコの言葉で、今度はおばあちゃんから芸術を教わる。ヨーコの肖像画を描いたペットントンだったが、彼女は男のバイクに乗って行ってしまう。
ネギ太とペットントンの仲の良さに嫉妬したガン太は、ペットントンを無教養だと非難し、ネギ太を遊びに連れ出す。残されたペットントンは勉強に目覚めるが、自分が勉強したくないネギ太に追い出されてしまう。ガン太の家で勉強することになったペットントンは、大金持ちのガン太ママから猛勉強をサービスされ、疲れ果てる。
ナス夫パパのボーナス支給日、ひったくり事件のニュースを聞いたママは、ペットントンにパパの護衛を命令する。羽を伸ばしたいパパだったが、迎えにきたペットントンは、酒や麻雀の誘いからもガードする。ところが帰り道でガン太とネギ太がもめていて、ペットントンが仲裁にはいったすきに、パパは逃げ出してしまった。
ペットントンが出会った少女マコはヨーコのいとこで、動物と会話ができる力を持っていた。しかしそれを信じない両親は、マコの嘘つきを治そうと、ヨーコの実家のお寺に預けていたのだった。ペットントンはマコを野原動物病院のクリスマスパーティーに誘うが、マコは入院していた子猫を母猫に会わせようと連れ出してしまう。
お年玉に期待できないネギ太とガン太は、もちつき株式会社を作り金儲けをたくらむ。町内をまわって宣伝し注文をとり、ペットントンをもちつき役として各家庭に派遣した。自分たちは働かず、社長の地位を争うネギ太とガン太だったが、もちつき初心者のペットントンは失敗ばかりで、主婦たちはネギ太とガン太に怒りを向ける。
新学期、ネギ太たちのクラスに転校生・根本がやってきた。根本はペットントンを三流宇宙生物とバカにし、小百合と手をつないで下校した。それを見て嫉妬にかられるネギ太。翌日根本は小百合とともにネギ太の家を訪れ、外国帰りを自慢する。またも小百合と手をつないで帰る根本に対し、ネギ太は怒りを爆発させあとを追った。
謎の発明家・葉波はハッパバーガー自販機を完成させるため、セロリおばあちゃんのコンピュータを盗む。原価ゼロ円の雑草を原料として大儲けをたくらんでいるのだ。しかし出来上がったハッパバーガーはまずくて売り物にならない。コンピュータのアドバイスで葉波はペットントンを捕獲、美味しくするためのエキスを絞りとる。
小百合は卒園した幼稚園をペットントンと一緒に訪れた。そこで飼われていた子ヤギのメーメーは、小百合に一目ぼれしてしまう。その恋心を知らされたペットントンは、友だちの輪のアイデアで、仮病を使ってメーメーを野原動物病院に入院させる。メーメーと小百合を近づけることに成功するが、ネギ太が仮病をばらしてしまう。
ペットントンが打ったホームランボールが、洗たく屋のケンちゃんの頭に当たってしまう。お詫びにクリーニング店を手伝うペットントン。様子を見に来たトマトママが、自分の母親に似ているから好きになったというケンちゃん。悪い気はしないママだったが、ケンちゃんの母親が似ても似つかぬおばあちゃんと知って激怒する。
ひょんなことから動物園にやってきたペットントン。そこでは怪しい冒険家が現われ、動物にライフルを向けたり、投げ縄で捕獲しようとしていた。園長に頼まれてペットントンは冒険家を捕まえるが、少女が逃がしてしまう。少女は冒険家の娘で、ひとりで自分を育ててくれた父親に、夢の猛獣狩りごっこをさせてあげたいと言う。
草津温泉に来たペットントンとネギ太、小百合、ガン太。スキーや雪ダルマ作りに興じ、温泉を満喫する。ペットントンがホテルに戻ると、なぜか雪ダルマが部屋にいて、寒いのがキライと訴える。ネギ太たちに信じてもらえず、いたずらで部屋に入れたと疑われ、傷ついたペットントンはひとり雪山に向かい、崖から落ちてしまう。
根本からのプレゼント攻めに大迷惑の小百合。そのプレゼントの山をネギ太は根本に押し返す。傷心の根本はペットントンの友だちの輪を使い、正義の味方になればいいと思いつく。コスプレしてネモトマンに変身し、ペットントンに小百合を襲うように頼む。ジャモラーから助けてもらったペットントンは、嫌々ながら協力する。
小百合の祖父の後輩イトウ先生がアメリカから一時帰国、野原動物病院の診察室をポップに模様替えして、代りに診察することになった。イトウのハンサムぶりに町の女性たちはメロメロ、病院に殺到する。しかしイトウは注射をうつのが大の苦手。相談に乗ったペットントンだが、友だちの輪のお告げで練習台に指名されてしまう。
セロリおばあちゃんはアラビアの王子と恋に落ち、家に招待した。そして自分が日本のお姫様だとウソをついたので、トマトママに女中役を強要する。しかし王子は実は国際的な詐欺師で、警官に捕まってしまった。それを知ったセロリは面子を保つため、詐欺師を交番から脱走させて、家まで連れてこいとペットントンに命令する。
ネギ太の友だち・山中の元気がない。心配したペットントンが家の様子を見に行くと、夫婦ゲンカでママに頭が上がらない山中パパを目撃。山中はパパが弱いことを悩んでいたのだ。ペットントンはヨーコがバイトしているサマーランドへ、山中パパを特訓に連れて行く。しかしパパは水着ギャルに目を奪われて、本気を出さない。
ネギ太たちが空き地で野球をしていると、工事業者に追い出されてしまう。区の施設を建てることになったのだ。その夜、パパが家に区長を連れてきて、ふたりで酔いつぶれてしまう。翌朝、二日酔いでダウンした区長が、ペットントンを代理の一日区長に任命した。ネギ太たちはペットントン区長に、空き地の工事中止を陳情する。
終業式でもらった通信簿の成績が下がりまくりで、落ちこむネギ太。逆に根本はオールＡの通信簿を野原院長に見せて、小百合との結婚を望む。困った小百合はペットントンに頼んで根本を捨ててもらい、ネギ太と出かけてしまう。根本はガン太に告げ口し、ジェラシーにかられたガン太は、狼男に変身してネギ太に襲いかかった。
森に住む魔女セロリのコンピュータが、一番美しいのはペットントンだと言い出す。コンピュータのアドバイスで、魔女はペットントンに人気をなくす毒リンゴを食べさせる。やることなすこと失敗続きで、ネギ太たちから嫌われショックのペットントン。魔女はペットントンを慰め、森に誘ってバーベキューにしようと企んでいた。
ガン太はワルガキ三人組に頼まれて番長になる。しかし三人組は自分たちの代わりに、ガン太を隣町の小学生番長と決闘させようとしていたのだ。そのことをペットントンから知らされたガン太だが、それは承知の上。隣町の番長にやられることで同情を買い、ネギ太のハートをつかもうと、ガン太はカッコよく負ける特訓を始める。
ペットントンと小百合の前に墜落してきたＵＦＯから、宇宙人オミッチャンが現われた。ＥＴに捨てられたことで、ミッチャン星のワイドショーで超有名なペットントンを、スーパースターにしたいとスカウトする。嫌がるペットントンを小百合は励ますが、実はオミッチャンは宇宙の悪徳芸能プロダクションのマネージャーだった。
小百合のショッピングに誘われたペットントンとネギ太。実は荷物運び要員だったが、小百合を追いかけてきた根本に押しつける。ペットントンとネギ太は帽子や洋服など、どちらのお勧めが小百合に気に入られるかでいがみ合い、そのまま帰ってしまう。小百合からふたりをとりなすように頼まれた根本は、ネギ太の家に行くが…。
中華街のシェフに気に入られ、自分の娘と結婚してほしいと頼まれたペットントン。しつこいシェフから逃げるため、友だちの輪のアイデアでジャモラーを身代わりにする。そのことを気に病んだペットントンは、ジャモラーを助けるために横浜へ。ところがシェフの娘というのはシューマイで、チャーハンと駆け落ちしてしまった。
ペットントンは小百合と一緒に、美味しいチョコレートを手作りしている店を訪ねる。不思議な主人のメガネが光ると、ふたりは昔の城の中にタイムスリップしていた。そこには小百合そっくりな小百合姫がいて、ネギ太とガン太そっくりな忍者に命をねらわれていた。ペットントンと現代にやって来た小百合姫は遊園地を堪能する。
芸能プロマネージャーの宇宙人オミッチャンは、ペットントンを宇宙的スーパースターにすることをあきらめていなかった。ペットントンに歌や踊り、アクションの特訓をするが、どれもダメダメ。友だちの輪のアイデアで、オミッチャンが地球でスターを目指そうと、ＵＦＯを会場にして芸能界デビュー記念リサイタルを開催する。
小百合のことが好きすぎて、言動がエスカレートする根本。猫になって野原動物病院に入院すると言い出したり、こっそり小百合の肩叩きをしたりして怒りを買う。根本は勝手にペットントンの友だちの輪を使い、小百合のパパになれば大丈夫というアイデアをもらう。しかし友だちの輪はジャモラーにかじられて故障していたのだ。
以前ペットントンをいじめた葉波博士が釈放された。博士は快適な刑務所暮らしに戻るため、再びペットントンをつけねらう。そのペットントンは鯛焼きのように自分も名を残したいと悩んでいた。博士は方針を転換、ペットントン焼きで大儲けを企む。ペットントンも協力するが、博士の試作品にダメ出しして、自分で作り始める。
宇宙人オミッチャンにジャモラー星との戦争が始まったという通信が入る。その話を聞いた小百合は、戦争ドキュメンタリー映画を撮ろうと提案、ペットントン監督で撮影がスタートする。ところがオミッチャンとジャモラーは宇宙の一般的な戦争「にらめっこ」をするだけだった。ネギ太たちは監督にもっと過激な演出を要求する。
お使いで麻婆豆腐の材料を探すペットントンだが、豆腐が売り切れだった。行商の不思議な豆腐売りに出会い買うことができるが、麻婆豆腐以外には使わないよう念をおされる。豆腐にはそれぞれなりたい料理があるというのだ。ところがママが味噌汁の実にしてしまったため、ペットントンは豆腐大明神のたたりを受けることに。
楽しげに歩く小百合のあとをつけたネギ太と根本は、公園で男子中学生と仲よく話すのをを目撃する。ショックのあまり、ふたりはペットントンが作った料理をやけ食いする。ガン太は、女は男の敵だ、立派な小学生は男を愛さなくちゃと主張する。感動した根本は、ガン太にお兄様になってほしいと、猛烈なアプローチを始めた。
テレビの気象予報士やドラマの登場人物たちが咳やくしゃみを連発。テレビが風邪をひいたのが原因と分かり、ペットントンはテレビを看病するが、それを見たネギ太たちはペットントンを野原動物病院に連れていく。しかしその間に他の家電製品にまで風邪がうつってしまい、ペットントンは風邪退治のためテレビの中へ突入する。
宇宙人オミッチャンがペットントンの前に現われ、一緒に宇宙に帰ろうとむりやりＵＦＯに縛りつける。ペットントンが嫌がって暴れたため、ＵＦＯはまた壊れてしまう。修理が完了するまで地球で生きていこうと、ペットントンとミニ遊技場を作り、一回百円のオミッチャン乗りやオミッチャン叩きなど、体を張った仕事を始める。
ガン太は捨てられた縫いぐるみ人形を拾い、それを愛するネギ太にプレゼント。しかしネギ太は女の子の人形に見向きもしない。ペットントンとふたりだけになると、人形はリリーと名乗った。リリーは自分を拾ってきれいに洗い、繕ってくれたガン太に恋していた。その恋心をペットントンはガン太に伝えるが、信じてもらえない。
セロリおばあちゃんの策略でケンカを始めた両親の姿を見て、落ちこむネギ太。ペットントンは友だちの輪の名案で、トマトママとナス夫パパを遊園地のお化け屋敷に連れていく。しかしそこには刑務所を脱走し、ドラキュラに扮した葉波博士がいた。トマトはナス夫への対抗心で博士とデートすると宣言、絶叫マシンをはしごする。
公園で遭遇した怪しい浦島太郎のメガネが光ると、ペットントンは白昼夢の世界にいた。海辺で小百合似の村娘をヘンタイ亀から救ったペットントンは、もっといじめてと根本似の亀に迫られる。逃げるペットントンを釣り上げたガン太似の乙姫は、ペットントンが主役の浦島太郎の絵本を見せ、そこに描かれているようにこき使う。
根本は小百合の気をひこうとフランス土産を渡すが、それは江ノ島で買ったものだった。嘘がばれて小百合に怒られ、ペットントンにも笑われた根本は、ショックで倒れてしまう。畑家で看病されることになった根本は、いやいや見舞いに来た小百合に、あと３日の命だと嘘をつく。しかしそれを聞いた小百合は大喜びで帰っていく。
セロリおばあちゃんは家出して、公園でのテント暮らしを満喫していた。お世話になっている山田さんの仕事の代理を、セロリはナス夫パパに引き受けさせる。その仕事とはなんと正義の味方だった。半日だけという約束で仕事を引き受けたナス夫は、ネギ太が楽しみにしているナイター観戦へ一緒に行くためにがんばるのだが…。
家出したセロリおばあちゃんはオミッチャンのＵＦＯに居ついていた。トマトやナス夫が迎えに来ても、心の整理がつかず家に戻れないと言う。居候のセロリに泣かされてばかりのオミッチャンは、ペットントンに助けを求める。友たちの輪でセロリを家に戻す方法を求めるが、ネギ太たちだけでは願う力が足りなくて答えが出ない。
ペットントンの協力でやっとＵＦＯの修理が完了、浮かれて母星に報告をしたオミッチャン。だがミッチャン星の大統領から、ペットントンを連れてこないなら、代わりに人間を１匹連れて来るよう命じられる。その話を聞いたペットントンは、地球人を救うために大好きなみんなと別れ、ミッチャン星国立動物園に行く決心をする。
