1880年代的法国布列塔尼，孤儿院里的菲丽西（艾丽·范宁配音）怀揣着成为芭蕾舞者的梦想，正策划着一场大胆的逃亡。她的挚友维克托（纳特·沃尔夫配音）——一个痴迷发明的男孩赶来相助，却险些被刻薄的院长卢索（梅尔·布鲁克斯配音）抓个正着。在孤儿院的餐厅里，菲丽西借着叠餐盘的机会练习舞步，结果打碎了一摞盘子，两人因此被带到严厉的修女院长面前。院长毫不留情地嘲讽道："你那跳舞的痴心妄想，还是趁早放弃吧。"
月黑风高之夜，两个孩子用维克托自制的滑翔翼冲出孤儿院。卢索骑着摩托车穷追不舍，他们却借着疾驰的火车成功甩开追兵，奔向梦寐以求的巴黎。这座光之城用漫天星辰迎接两位小冒险家，但命运很快将他们分开——维克托意外被困在离港的船只上，而菲丽西则鬼使神差地来到了巴黎歌剧院芭蕾舞学校门前。
当菲丽西偷偷潜入这座艺术圣殿时，跛脚的清洁工奥黛特（卡莉·蕾·吉普森配音）救下了被误认为小偷的她。这个沉默寡言的女人勉强收留了菲丽西，条件是女孩必须帮忙干活并保持低调。在擦洗地板时，菲丽西遇见了正在练舞的卡米耶（麦迪·齐格勒配音）——餐厅老板勒阿夫人骄纵的女儿。这个趾高气扬的富家女不仅羞辱菲丽西是"小老鼠"，更残忍地摔碎了她母亲留下的八音盒。
命运的转折出现在一封录取通知书上。菲丽西冒名顶替卡米耶进入舞校，遇见了以严苛著称的梅兰特导师（泰伦斯·斯卡梅尔配音）。当基础薄弱的她在课堂上频频出错时，来自俄罗斯的优等生鲁迪直言不讳："你的舞姿简直惨不忍睹。"心灰意冷的菲丽西回到住处，却意外发现奥黛特竟珍藏着一双褪色的舞鞋——这个瘸腿的清洁工，曾经也是聚光灯下的天鹅。
在奥黛特的秘密特训下，菲丽西进步神速。扫帚成了她的把杆，拖地动作里藏着完美的arabesque。与此同时，维克托正在埃菲尔的工作室里绘制铁塔蓝图，两个追梦少年在塞纳河畔重逢时，酒吧里即兴的踢踏舞让全场沸腾。"这才叫跳舞！"醉醺醺的观众们欢呼着将金币抛向舞台。
好景不长，勒阿夫人揭穿了菲丽西的身份。梅兰特导师出人意料地让两个女孩公平竞争《胡桃夹子》女主角。压力之下，菲丽西与奥黛特爆发激烈争吵："你又不是我母亲！"这句伤人的话让曾经的舞者黯然神伤。次日考核中，疲惫的菲丽西两次重重摔在地板上，而卡米耶完美完成了32圈挥鞭转。
被遣返孤儿院的菲丽西在阁楼里摩挲着八音盒残片，月光中仿佛看见母亲微笑的模样。出人意料的是，向来严厉的卢索院长亲自骑着摩托车将她送回巴黎。"去吧，小疯子。"老人嘟囔着，目送女孩奔向第二次机会。
在决定命运的终极对决中，卡米耶故意绊倒菲丽西，却震惊地发现对手总能重新站起来。当菲丽西完成那个曾被奥黛特称为"不可能"的腾空打击跳时，全场寂静。梅兰特问出关键问题："你们为什么跳舞？"卡米耶低头承认："因为母亲的要求。"而菲丽西的回答让所有人动容："就像鸟儿为什么要飞。"
影片的高潮在未完工的自由女神像上展开。暴怒的勒阿夫人追逐着菲丽西，维克托带着改良版飞行器从天而降。最终在《胡桃夹子》的悠扬乐章里，观众席上的奥黛特泪光闪烁——那只折翼的天鹅，终于在爱徒的舞姿中重获新生。
这部充满法式浪漫的动画告诉我们：真正的梦想不会因身份卑微而褪色，就像巴黎的晨曦永远照耀着每个追梦人的眼睛。当菲丽西的足尖划过舞台时，我们看见的不仅是芭蕾的优雅，更是一个灵魂破茧成蝶的璀璨瞬间。