Pollyanna (Hayley Mills), qui vient de perdre ses parents, arrive en train à Harrington, une ville qui porte le nom de son grand-père, pour être recueillie par sa tante Polly Harrington (Jane Wyman). Celle-ci est une femme très riche, qui vit seul dans un immense manoir. Son cœur de pierre et son autoritarisme lui permettent de diriger ce qu’elle considère comme « sa » ville.

Même le pasteur de la ville, le révérend Paul Ford (Karl Malden), est sous la coupe de cette femme de tête. Espiègle, naturelle et intelligente, la petite Pollyanna va rapidement s’occuper des affaires de ces grandes personnes et apporter, par son éternelle bonne humeur, un vent de changement sur la ville…