Vivir en Katwe, un barrio marginal de Kampala (Uganda), es una lucha constante para Phiona (Madina Nalwanga), de 10 años, su madre Nakku Harriet (Lupita Nyong'o) y los miembros más jóvenes de su familia. Ella y su hermano pequeño ayudan a su madre a vender maíz en el mercado. También ayuda a cuidar a su hermano pequeño. Su mundo cambia un día cuando conoce a Robert Katende (David Oyelowo) en un programa misionero. Katende entrena al fútbol y enseña a los niños a jugar al ajedrez en un centro local. Curiosa, Phiona se acerca y aprende el juego. Se queda fascinada con el juego y pronto se convierte en la mejor jugadora del grupo bajo la dirección de Katende.

Su entrenador, a pesar de la oposición inicial de las autoridades locales de ajedrez, la lleva a ella y al equipo a un torneo nacional de nivel escolar en una prestigiosa escuela local. Al principio, el grupo se siente incómodo entre los demás participantes y el entorno más acomodado. Sin embargo, su talento se impone y Phiona queda en primer lugar.

La película sigue los altibajos del éxito en las competiciones y torneos de Phiona y sus compañeros Pioneros. Las luchas de la vida en Katwe están siempre presentes y Phiona espera que el ajedrez sea un medio de escape de Katwe para ella y su familia.

Phiona lidera el equipo de Uganda en la Olimpiada de Ajedrez en Rusia, confiando en que logrará convertirse en Gran Maestra, asegurando los fondos necesarios para sacar a su familia de la pobreza. Sin embargo, la competición resulta demasiado dura y cede ante su oponente canadiense.

Phiona regresa a Katwe, abatida y dudando de sus capacidades. Sin embargo, con el apoyo del entrenador Katende y de los habitantes de Katwe, vuelve a jugar al ajedrez y consigue comprar una casa para su familia.