千寻及其父母准备搬到郊区居住，在从城市走往郊区的路途中，他们迷路了，阴差阳错的错误判断将他们引到了一个魔幻世界，在这个世界当中，有不同于城市文明的怪异雕塑和木构传统建筑。奇怪的是在这组庞大的建筑群当中，竟然冷清异常，几乎见不到人影，据千寻的父亲了解这里是90年代一座废弃的主题公园。
一股食物的香味将千寻的父母吸引住了，他们寻味而去，在店家无人的情况之下，千寻的父母忍不住吃了起来，千寻出于无奈和好奇闯入了建筑群中，遇到了白龙少年，在白龙的劝阻之下，千寻跑了回去去找父母，此时千寻的父母变成了两头猪。
当千寻跑过河的时候，白龙少年再次出现，给千寻吃了一颗药丸，千寻从透明状态恢复了人身，白龙拉着千寻来到了建筑群中躲避，但还是被里面的人闻了出来，是白龙的庇护让千寻躲过一劫。
千寻孤身一人来到了一座建筑中，请求锅炉爷爷让她在锅炉房中工作，可是锅炉房中并不缺少帮手，所以让小玲带着千寻去找钱婆婆，看看钱婆婆怎么安排，可钱婆婆看到千寻这样弱小，所以根本不想用她，刚想掐死千寻。
突然钱婆婆房间中的小少爷哭闹了起来，钱婆婆只好去安慰小少爷别闹，冷静下来的钱婆婆让千寻签了一份劳动契约，并且将千寻的名字改为了小千，他们打赌说如果她坚持不下来就把她变成一头猪，钱婆婆还安排了白龙少年照顾千寻。
白龙少年又将千寻工作的事安排给了小玲，小玲把千寻带到了他们的休息室，此时的千寻身体非常难受，似乎是生病了，睡醒之后的千寻再次来到锅炉房，找到了自己的鞋子。
千寻穿过木桥，想去找她的父母，在白龙带千寻来到猪圈的时候，千寻的父母正在猪圈中熟睡，他们已经忘记了自己是人类，看到变成猪的父母，千寻痛哭起来，决心要救她父母。
白龙把千寻来前的衣服和身上带着的写着千寻的卡片送给了千寻，并给她吃了些东西，她一边吃一边哭，吃完后的千寻朝油屋方向跑去，白龙少年化为白龙飞去，千寻回到了锅炉房在地板上睡着了，睡醒后她开始了工作，她的第一份工作是清理大浴室的地板。
钱婆婆发现有不明物体混进了这所公园，她马上打电话吩咐手下注意情况。千寻和小玲打扫好浴室，开始往浴池当中注水。钱婆婆还亲自吩咐让千寻用大浴室招待这位客人，怪物付了钱，千寻带怪物来到了浴室，钱婆婆吩咐手下将房子的窗户全部打开。
怪物进入浴室后，水很快就用完了，千寻用手中的牌子向浴室中重新注入了水，发现怪物身上有根刺拔不出来。钱婆婆知道了马上吩咐手下帮这个怪物拔刺，她认为这个怪物不是腐烂神。在汤屋内所有人的齐心协力下一堆垃圾从怪物的体内拉了出来。
一会儿河神出现了，从窗户飞了出去。千寻的这次工作为钱婆婆带来了很大一笔收入，她非常高兴，并且说那就是有名的河神，千寻因此得到了钱婆婆的大力赞赏。
千寻曾出于好心放无脸男进入了房间，就在河神离开汤屋的时候，无脸男偷着藏了许多金子，他用金子诱惑了一只青蛙，并且吃了它，无脸男变成了青蛙的形状。此时的无脸男像青蛙一样说话，并且开始用金钱诱惑的方式吃人。此时的无脸男食欲大增，不停地吃东西，许多人都前去送东西吃，为的是从无脸男那得到金子。小玲劝千寻也去看看，不要错过这次机会。
千寻没听小玲的话独自来到了阳台上，在阳台上千寻看到了被东西追赶的白龙。白龙从窗户飞进了房间，千寻急忙关窗户，发现追赶的不过是一些白色的纸。白龙飞到了钱婆婆那里，千寻跟着跑去，一只纸鸟贴在千寻背后藏了起来。
无脸男越吃越大，它成为了众人赚钱的对象。无脸男再次见到了千寻，变出了许多钱给千寻，但是千寻并不接受。无脸男手中的钱全都洒在了地上，众人蜂拥而上，抢起了金币，此时的无脸男被簇拥在了中间。此时无脸男又像青蛙一样说话了，他开始疯狂地吃起了人，众人四处逃散。
千寻想尽办法去找白龙，当千寻想打开窗户时，她身上的纸鸟帮助她打开了窗户，千寻来了钱婆婆的婴儿室，见到了婴儿，婴儿用哭泣的方式威胁千寻与他玩。此时，千寻正忙着挽救白龙，她无暇顾及。就在这时纸鸟变成钱婆婆的姊妹汤婆婆，她把钱婆婆、婴儿和三个跳动的人头分别变成了苍蝇、老鼠和小少爷。
白龙和千寻以及变小的汤婆婆和婴儿坠入深井后，又成功通过井中的通气管道来到了锅炉房见到了锅炉爷爷。白龙受了重伤，晕了过去，锅炉爷爷说有东西在他体内。千寻把河神给他的苦丸子给白龙喂了下去，白龙从嘴中吐出了一个印玺。在锅炉爷爷的帮助下，白龙喝了药，躺了下来。千寻决定回去找汤婆婆救治白龙。锅炉爷爷给千寻找出了一张车票，并告诉了千寻在什么地方下车。
汤婆婆让千寻招呼一位客人，这位客人就是无脸男，这时的无脸男已经吃得面目全非，成为了一个庞然大物，他问千寻想要什么，千寻没有回答，并把手中的药丸给无脸男吞了下去。无脸男很快将吃进去的东西吐了出来，它不停地追赶千寻，并且不停地吐，最后终于吐完了，无脸男跟着千寻坐车去了沼底站。
受伤的白龙醒了过来，去找汤婆婆，白龙告诉汤婆婆东西被调包了，小孩是三个人头变成的，而金子也不是金子，汤婆婆被惊醒了，生气地问白龙，它的孩子哪去了，白龙告诉汤婆婆是钱婆婆捣的鬼，汤婆婆明白了，白龙提出了带回小少爷的条件是把千寻和她的父母送回人类世界。
千寻、无脸男到站后跟着一盏灯来到了钱婆婆家中，千寻把印玺交给了钱婆婆，她跟钱婆婆聊了许多，钱婆婆送给了千寻一根头绳，一会儿白龙到了，钱婆婆进行了简短的告别，无脸男则留在了钱婆婆身边。
千寻驾着白龙往回飞，千寻想起了白龙的名字，听到名字的白龙瞬间变为了少年，少年告诉了千寻他的真名，他们重新拾起了往日的回忆。白龙少年他们飞回了建筑群，此时汤婆婆正在等着他们，白龙向汤婆婆提出放回千寻及其父母的要求，汤婆婆的要求是让她从这群猪中认出他的父母，而千寻的回答是这里面没有他的父母，汤婆婆很无奈，只好让千寻走。
白龙亲自将千寻送到了回家的路上，并且嘱咐千寻千万不要回头，千寻像做了一场梦重新回到了父母身边。他们开着车顺着原路走了回去，好像什么事也没有发生。
《千与千寻》是宫崎骏的一部非常有代表性的作品，作为一部带有手绘色彩的动画，它给人的感受虽然没有科技动画中的形象那样有立体感，但细节方面的处理还是非常精致的。在这部影片中除了天真的千寻，其余的形象好像都是虚幻不定的。例如：千寻的父母变成了两头猪，片中少年曾是千寻遇见过的一条白龙，被误认为是腐烂神的河神，无脸男在贪欲之下可以吃掉许多东西变成一个庞然大物，一群纸鸟围着白龙追个不停而且还能变成汤婆婆，钱婆婆竟然是一只猫头鹰变的，一座废弃的主题公园竟然是一个魔幻般的世界，魔幻世界中的所有形象都是非人类，等等这些都表明了这部影片的主角是千寻梦中的自己，这个主角似真非假，而片中的主要场景都是千寻的梦中片段。
