La película es una adaptación musical del libro clásico de Roald Dahl.

Matilda Wormwood es una niña inteligente que vive con sus padres, que están decepcionados porque no nació varón. Empieza a ir a la escuela en Crunchem Hall, donde hace amigos y se hace íntima de su bondadosa profesora, la señorita Honey. Sin embargo, la escuela está dirigida por la cruel y tiránica Agatha Trunchbull, que trata a los niños como prisioneros e incluso tiene su propia celda improvisada llamada Chokey en el bosque para usarla como castigo.

Matilda descubre que tiene poderes telequinéticos y los utiliza para meterse con Trunchbull. A lo largo de la película, también establece lazos con la bibliotecaria local, la Sra. Phelps, y le cuenta una historia sobre una pareja de escapistas y acróbatas, cuya historia terminó en tragedia cuando el acróbata murió tras una acrobacia que salió mal, pero no antes de dar a luz a su hija, que más tarde es criada por su cruel tía adoptiva. La historia resulta ser cierta, ya que la niña era Miss Honey, criada por Trunchbull después de que, al parecer, matara a su padre.

Cuando Trunchbull intenta castigar a todos los niños con Chokeys individuales, Matilda se defiende asustando a Trunchbull con sus poderes y haciéndola huir del colegio. Los padres de Matilda intentan huir a España después de que su padre estafe a unos mafiosos, pero Miss Honey se ofrece a adoptar a Matilda, a lo que sus padres acceden.

Miss Honey se hace cargo de la escuela y la mejora, mientras que Matilda tiene ahora una vida feliz con ella.