伦敦孤儿院的深夜，月光透过窗户洒在走廊上。小苏菲（Ruby Barnhill饰）正经历着她所谓的"巫术时刻"——传说中妖魔鬼怪最活跃的时辰。街道上，四个醉汉摇摇晃晃地嬉闹着，直到被苏菲的呵斥吓跑。正当她准备返回床铺时，一阵异响从另一个窗口传来。
垃圾箱翻倒的声响中，一只巨大的手掌突然出现。苏菲屏住呼吸，看着这个足有三层楼高的神秘巨人（Mark Rylance饰）在月光下显现。巨人敏锐地捕捉到她的存在，长臂一伸便将女孩带离孤儿院，穿越沉睡的伦敦城，奔向巨人国的领地。
在这个充满魔法的洞穴里，巨人自称好心眼巨人（BFG），正用菜刀处理着长相怪异的"大鼻子瓜"。当苏菲以为自己将成为盘中餐时，巨人却用他独特的颠倒语解释道："我不吃人豆子，只吃恶心瓜。"原来BFG捕捉人类孩童只为保守巨人族存在的秘密。随着一本童话书的翻阅，苏菲逐渐卸下防备，而巨人则向她展示了那些装在玻璃瓶里、如萤火虫般闪烁的梦境标本。
当苏菲在噩梦中惊醒时，BFG坦言这是自己特意给予的警示。两人分享着会"往下冒泡"的绿色汽水"下气可乐"，引发一连串令人捧腹的"噼啊扑"（即响屁）。突然，洞穴剧烈震动——残暴的食肉巨人（Jemaine Clement饰）带着他的同伙破门而入。这些体型更大的同类总是欺负好心眼巨人，称他为"矮冬瓜"。千钧一发之际，藏在蔬菜堆里的苏菲险些被发现，幸亏BFG急中生智用蔬菜转移了注意力。
为收集新的梦境，BFG带着苏菲穿越巨人峡谷。月光下，九个沉睡的巨人鼾声如雷，其中食肉巨人的鼻息就能吹倒大树。当他们在梦幻湖畔捕捉流光溢彩的梦境时，苏菲意外获得了属于自己的预知之梦。回到伦敦城，BFG用金色小号将美梦吹进孩童的卧室，让一个男孩梦见美国总统来电的奇妙场景。
当食肉巨人发现人类踪迹后，BFG忍痛将苏菲送回孤儿院。但深夜的呼唤让巨人再次现身，这次他决定不再逃避。面对前来寻衅的巨人们，BFG首次奋起反抗，用火把和水桶击退了破坏家园的暴徒。
苏菲从墙上的女王画像获得灵感，两人精心炮制了一个王室噩梦。当伊丽莎白女王（Penelope Wilton饰）从梦中惊醒时，窗外果然出现了与梦境完全吻合的场景——坐在窗台上的苏菲，以及躲藏在树丛中瑟瑟发抖的BFG。白金汉宫的早餐会上，从未尝过美食的BFG对宫廷糕点赞不绝口，而下气可乐引发的连环"噼啊扑"更是让严肃的皇家卫队忍俊不禁。
在军方协助下，苏菲和BFG带着特制渔网返回巨人国。当食肉巨人挣脱噩梦束缚时，苏菲勇敢地冲向原野，将整罐噩梦倾倒在巨人们张开的血盆大口中。最终，这些食人魔被流放孤岛，终日以难以下咽的大鼻子瓜果腹。
影片尾声，住在白金汉宫的苏菲推开窗户，向着远方的巨人国呼喊："早上好，BFG！"镜头切换至焕然一新的洞穴，曾经的蔬菜地如今开满鲜花，而那位耳朵灵敏的巨人朋友，正对着晨光露出会心的微笑。