故事发生在繁华的大都市巴黎，一位善良的贵妇决定将自己的巨额财产留给一直陪伴她的宠物猫“女公爵”（伊娃·嘉宝 配音）以及它尚未长大的孩子们，贪婪的管家得知了这一消息，开始打起了这笔遗产的主意。一天深夜，管家趁着夜幕偷偷将女公爵和它的孩子们丢在了杂草丛生荒无人烟的乡下，在他心中的算盘上，只要没了这些碍事的猫咪们，自己继承遗产简直如同囊中探物。
寒冷和饥饿时时威胁着女公爵一家人的性命，幸运的是，一只名叫托马斯（菲尔·哈里斯 配音）的野猫在紧要关头出现在了女公爵的面前。在托马斯的帮助下，小猫们不仅健康成长，女公爵也学到了许多为猫处世的宝贵道理。最终，它们不仅顺利回到了巴黎，揭穿了管家的虚伪假面，女公爵和托马斯之间还上演了一段浪漫的情缘。