Une jeune fille de dix-huit ans, Sophie, qui travaille dans le magasin de son défunt père, rencontre par hasard un mystérieux sorcier nommé Hauru, lors d'une course poursuite. Hauru la prend alors en sympathie. Cependant la Sorcière des Landes, qui est amoureuse de Hauru, devient jalouse de l'attention portée à Sophie par ce dernier. Pour se venger, elle décide de transformer la jeune Sophie en une vieille dame de quatre-vingt-dix ans. Incapable de révéler cette transformation à sa famille, elle s'enferme chez elle, puis s'enfuit.

Ce qui suit dévoile des moments clés de l’intrigue.

Dans les montagnes, elle rencontre un épouvantail vivant qu'elle surnomme affectueusement Navet. Celui-ci la mène au château ambulant. Une fois à l'intérieur, après avoir fait le constat d'une insalubrité totale, elle fait connaissance avec le démon du feu, Calcifer. Celui-ci fait mouvoir le château et devine que Sophie a été victime d'un sortilège. Il lui propose alors de rompre le sortilège en lieu de quoi Sophie devra l'aider à son tour afin de briser le pacte qui l'unit à Hauru. Soudain, Hauru entre dans la pièce et Sophie se présente comme étant la nouvelle femme de ménage. Au fil des jours, elle parvient à s'intégrer à la vie du château et se lie d'amitié au petit Marco. Elle découvre également que la porte d'entrée donne sur plusieurs endroits en même temps (dans une ville, sur un port, etc.). Par la suite, Sophie apprend que Hauru est une personne vaniteuse et immature, et que la vengeance de la Sorcière des Landes est due au comportement passé d'Hauru envers elle.

Suite à la disparition du Prince Justin, du pays voisin, Hauru doit servir son roi en l'aidant à gagner la guerre. Cependant, Hauru refuse, craignant que ce ne soit un piège commandité par son mentor, Madame Suliman, une puissante sorcière. Il demande ainsi à Sophie d'aller voir Madame Suliman, en se faisant passer pour sa mère, au palais du roi afin de lui annoncer son refus. Sur le chemin, la jeune fille croise la Sorcière des Landes et celle-ci l'informe que le sortilège est irréversible, car elle n'a que le pouvoir de jeter des sorts et non de les défaire. Étant donné que Madame Suliman est contre l'alliance entre les sorciers et les démons, celle-ci punie la Sorcière des Landes et la condamne à revenir à son état originel. Elle apparait alors comme une vieille dame toute rabougrie. Madame Suliman prévient Sophie que si Hauru ne collabore pas avec le pays il connaitra le même sort que la Sorcière des Landes. Sophie lui rétorquant que Hauru n'est pas un lâche, mais un homme honnête avec de nobles intentions, redevient soudainement la jeune Sophie. Cependant, elle récupère aussitôt son apparence de vieille dame lorsque Madame Suliman lui fait remarquer, en se moquant, qu'elle est amoureuse d'Hauru. Ce dernier arrive à ce moment pour la sauver, ainsi que la Sorcière des Landes et le chien empoté de Madame Suliman, Hin. Pour rejoindre le château au plus vite, Hauru donne à Sophie un anneau qui va la guider jusqu'à destination pendant qu'il tentera de faire diversion. Madame Suliman connaissant la vraie identité de Sophie commence à la traquer pour capturer Hauru.

Sophie rêve de Hauru se transformant en oiseau, ou en un démon, chassant les troupes aéroportées de la guerre. Mais elle apprend réellement par Calcifer que ce rêve est réalité et que chaque transformation d'oiseau à humain devient plus dure. L'amour que porte Sophie à Hauru ainsi qu'à tous les autres membres du château la ramène de plus en plus fréquemment à son véritable âge. À force de travail le château redevient vivable, ce qui satisfait Hauru.

Un jour la mère de Sophie, Honey, toujours belle et jeune, lui rend visite, feignant attention et affection. En réalité Honey travaille pour Madame Suliman. Honey remet un cadeau à sa fille, qui s'avère être un piège découvert par la Sorcière des Landes. Le cadeau est un petit espion, et avant d'être détruit par Calcifer, il révèle la position du château ambulant. Aussitôt Madame Suliman envoie des troupes pour capturer Hauru, mais celui-ci les combat et les repousse. Pendant ce temps Calcifer déplace rapidement le château vers les Landes, pour éviter que Madame Suliman les repère de nouveaux. Mais Calcifer ayant ingéré l'espion, a du mal a le digérer : il faiblit d'intensité. La Sorcière des Landes apercevant alors le cœur de Hauru dans le corps de Calcifer le prend. Mais cette dernière s'enflamme alors et risque de brûler tout le château. Pour se tirer de ce mauvais pas, Sophie asperge la Sorcière ainsi que Calcifer qui s'éteint et devient une flamme bleue. Le château n'étant plus uni par la force de Calcifer, il tombe en ruine : Sophie et Hin tombent dans une falaise.

Sophie réalise alors l'ampleur de son geste : Elle a tué Calcifer ainsi qu'Hauru en aspergeant Calcifer. Mais au moment où elle cède aux larmes, l'anneau que lui avait donné Hauru se remet à briller lui indiquant à nouveau une destination. Elle arrive devant une porte donnant sur une caverne où elle trouve Hauru, mais comprend qu'elle est dans son enfance. Elle voit alors les souvenirs de Hauru : pour sauver la vie de Calcifer, Hauru lui donne son cœur, mais perd la capacité d'aimer. Avant de retourner dans le présent, Sophie demande à Hauru de l'attendre dans le futur…

Revenue au temps présent, Sophie retrouve Hauru et se rend compte qu'il l'a attendue depuis tout ce temps. Elle prend le cœur des mains de la Sorcière des Landes et le remet dans la poitrine d'Hauru, brisant ainsi le lien entre Hauru et Calcifer. Calcifer retourne à sa forme originelle et peut désormais voler : il est libre. Le château, n'étant plus retenu par aucun pouvoir magique, tombe complètement en ruine. Navet, après avoir sauvé la vie de tout le monde, est embrassé par Sophie : il se transforme en humain. On apprend alors que c'est le Prince Justin. Par la suite ayant embrassé Hauru, par amour, Sophie redevient jeune. Le Prince Justin, quant à lui, retourne dans son pays pour mettre un terme à la guerre. Madame Suliman qui voit la scène à travers les yeux de Hin, décide également d'y mettre fin. Au final Hauru, Sophie, Marco, Calcifer, la Sorcière des Landes et Hin vivent de nouveau dans le château, que Calcifer a reconstruit, non pas par nécessité mais pour qu'ils y mènent tous une existence heureuse.