Anna Sasaki es una niña de 12 años que vive con sus padres adoptivos, Yoriko y su marido. Debido a sus frecuentes ataques de asma, la envían al campo. Se queda con la familia de Yoriko: Setsu y Kiyomasa.

Durante un paseo, Anna descubre una mansión junto al lago. Mira a su alrededor, pero la subida de la marea le impide salir. Mientras tanto, aparece un viejo pescador y Anna puede volver a la orilla. Informa a Setsu del incidente. Anna se entera de que la mansión solía ser una casa de vacaciones para algunos extranjeros ricos. Sin embargo, hace tiempo que nadie vive allí. Esa misma noche, Anna sueña que ve a una chica rubia en la mansión.

En una fiesta local, Anna discute con una chica. Luego, se escapa y tropieza con la mansión. Allí, Anna conoce a la chica rubia de sus sueños, Marnie. Se hacen amigas.

La noche siguiente, Anna y Marnie vuelven a encontrarse. Marnie invita a Anna a una fiesta en la mansión. En la fiesta, Marnie baila con un chico llamado Kazuhiko, lo que deja a Anna un poco celosa. Sin embargo, Marnie se desentiende y le enseña a Anna a bailar. La velada termina con Anna quedándose dormida en otro lugar.

Mientras dibuja algunos bocetos, Anna conoce a una mujer mayor llamada Hisako. Al igual que a Anna, a Hisako le gusta pintar cuadros de la casa abandonada. Se fija en los bocetos de Marnie y le dice que una vez conoció a una chica que se parecía a ella. Además, le informa a Anna de que la mansión abandonada tiene ahora nuevos propietarios, de ahí las renovaciones.

Una vez más, Anna corre a la mansión. Allí encuentra a una de las nuevas inquilinas: una joven llamada Sayaka. Está bastante emocionada con la presencia de Anna. Sayaka cree que Anna es Marnie y le dice que ha encontrado su diario en el cajón.

Al día siguiente, Marnie y Anna vuelven a verse. Comparten más detalles personales sobre la otra. Anna tiene fuertes problemas de abandono. Aunque sabe que sus padres murieron en un accidente, sigue teniendo sentimientos de resentimiento hacia ellos por haberla "abandonado". Además, sabe que sus padres adoptivos reciben dinero del gobierno para cuidarla. Anna no puede evitar sentir que sus padres adoptivos sólo la quieren por el dinero. Sin embargo, Marnie no está de acuerdo.

A diferencia de Anna, los padres de Marnie nunca están en casa. Siempre están de viaje por el mundo. Por eso, Marnie no tiene más remedio que quedarse con las criadas que la acosan constantemente cuando los padres no están. Una vez, amenazaron con encerrar a Marnie en un silo (cerca de la casa), de ahí el miedo de Marnie a ese lugar. Al enterarse de esto, Anna lleva a Marnie al silo para que se enfrente a su miedo. Sin embargo, Anna se queda dormida (una vez más) y se despierta sola en el silo.

Sayaka encuentra las páginas perdidas del diario de Marnie. El nombre de Kazuhiko aparece a menudo en las páginas que describen el incidente del silo. Al ir a buscar a Anna, Sayaka la encuentra inconsciente y tirada en el suelo. Sayaka y su hermano llevan a Anna a Setsu y Kiyomasa. Febril, Anna sueña con enfrentarse a Marnie por lo ocurrido en el silo. Sin embargo, Marnie le dice a Anna que se va y que no podrán verse más. Pero antes de irse, Marnie quiere que Anna la perdone por lo sucedido. Aunque sigue confundida, Anna perdona a Marnie.

Tras recuperarse de la fiebre, Anna y Sayaka se acercan a Hisako para hacerle algunas preguntas. Hisako les cuenta la historia de Marnie. Cuando ella se hizo mayor, Marnie y Kazuhiko acabaron casándose. Eran felices. Juntos tuvieron una hija llamada Emily. Sin embargo, tras la muerte de Kazuhiko, Marnie se internó en un sanatorio. Sin nadie que cuidara de Emily, la enviaron a un internado.

Emily nunca perdonó a su madre por abandonarla. Por ello, se escapó. Años después, Emily se quedó embarazada y dio a luz a una niña. Sin embargo, Emily y su marido tuvieron un accidente de coche. Tras su muerte, Marnie se ofreció a cuidar de la niña. Tras la muerte de Marnie, la niña pasó a una casa de acogida.

Yoriko llega para llevar a Anna de vuelta a casa. Le enseña una fotografía de la mansión y le dice que perteneció a su abuela. Tras ver el nombre de Marnie escrito en la parte de atrás, Anna se da cuenta de que es hija de Emily y nieta de Marnie. Mientras tanto, Yoriko saca a relucir los pagos del gobierno y le asegura a Anna que siempre la ha querido a pesar de todo. Anna le dice que no se preocupe. Además, llama a Yoriko, madre por primera vez.

Tras hacer las paces con su pasado, Anna se despide de sus nuevos amigos. La última persona de la que se despide es Marnie, que la saluda desde la mansión.

Como acaba "El recuerdo de Marnie"

Marnie era la abuela de Anna, de eso no hay duda. Sin embargo, ¿se imaginó Anna todo el asunto? ¿Era Marnie un fantasma?

Anna es una introvertida que lucha con su propia identidad. Sabe que fue adoptada, así que todavía hay muchas preguntas que le rondan por la cabeza. Por cierto, Anna no conoció a Marnie por casualidad, las visiones comenzaron después de que visitara la casa de vacaciones de su abuela. Sólo esto ya nos dice que hay un gran elemento espiritual / místico presente en la historia. Cada vez que Marnie y Anna se encuentran, están en un reino diferente, por eso Anna se despierta a menudo en lugares aleatorios.

Hay pruebas a lo largo de la película que apuntan a que Marnie es real. En primer lugar, cuando Hisako le dice a Anna que una vez conoció a una chica que era exactamente igual a Marnie, señalando a la chica que Anna tiene en sus bocetos. Otra prueba de que Marnie no es un producto de la imaginación de Anna es el diario. Ella experimentó todo lo que aparece en ese diario, antes de leerlo. Además, se enteró de los continuos abusos antes de que la amiga de la infancia de Marnie, "Hisako", se lo contara. Por lo tanto, cada vez que Anna veía a Marnie, era real, era su espíritu.

El reencuentro de las dos fue una forma de cerrar su relación. Marnie siempre sintió que había fracasado como madre, cuando abandonó a su hija y la envió a un internado. Además, nunca se reconcilió con Emily. Por eso, cuando decidió cuidar de Anna, fue su forma de compensar su ausencia como madre de Emily. Sin embargo, murió antes de que Anna pudiera entender lo que estaba pasando. Por ello, quiso reunirse con Anna una vez más para estar con ella y contarle su historia. Marnie entiende lo que es estar sola, ella era hija única, cuyos padres estaban siempre lejos. En cambio, Anna era demasiado joven cuando murieron sus padres biológicos. Incluso con unos padres adoptivos muy cariñosos, Anna siempre se sintió inadecuada y no deseada. Sin embargo, su amistad con Marnie la sacó un poco de ese caparazón.

Al final, Anna es una niña mucho más feliz porque por fin pudo conocer un poco más a su familia biológica y lo que realmente les ocurrió: su madre Emily y su abuela Marnie. El hecho de conocer la verdad sobre sus muertes le permitió cerrar el círculo. Anna ya no se siente indeseada, ya que fue amada por ambas hasta su muerte.