En la isla polinesia de Motunui, los habitantes rinden culto a la diosa Te Fiti, que dio vida al océano hace eones utilizando una piedra pounamu como corazón y fuente de su poder. Maui, el semidiós cambiante del viento y el mar y maestro de la navegación, roba el corazón para dar a la humanidad el poder de la creación. Sin embargo, Te Fiti se desintegra y Maui es atacado en alta mar por Te Kā, un demonio volcánico. Pierde tanto su anzuelo mágico gigante como el corazón en las profundidades del mar.

Un milenio después, el océano elige a Moana, hija de Tui, el jefe de Motunui, para devolver el corazón a Te Fiti. Tui y Sina, la madre de Moana, intentan mantenerla alejada del océano para prepararla para convertirse en la jefa de la isla. Dieciséis años más tarde, una plaga golpea la isla, matando la vegetación y reduciendo la pesca. Moana sugiere ir más allá del arrecife de la isla para encontrar más peces y escapar de la plaga, pero Tui se lo prohíbe. Moana intenta conquistar el arrecife, pero las mareas la dominan y naufraga de vuelta a Motunui.

La abuela de Moana, Tala, le muestra una cueva secreta de barcos y le revela que su pueblo era viajero hasta que Maui le robó el corazón a Te Fiti; el océano ya no era seguro sin ella. Tala le explica que la oscuridad de Te Kā está envenenando la isla, pero que se puede curar si Moana encuentra a Maui y hace que le devuelva el corazón de Te Fiti. Tras recibir el corazón de Te Fiti del océano, Tala se lo da a Moana. Más tarde, Tala cae enferma y, en su lecho de muerte, le dice a Moana que debe partir en busca de Maui.

Al zarpar en un camakau desde la caverna, Moana es sorprendida por un tifón y naufraga en una isla donde encuentra a Maui, que se jacta de sus logros. Ella exige que Maui le devuelva el corazón, pero él se niega y la atrapa en una cueva. Escapa y se enfrenta a Maui, que la deja subir al camakau a regañadientes. Son atacados por los Kakamora -piratas del coco- que buscan el corazón, pero Moana y Maui los burlan. Moana se da cuenta de que Maui ya no es un héroe desde que robó el corazón y maldijo al mundo, y le convence de que se redima devolviendo el corazón. Maui primero tiene que recuperar su anzuelo mágico en Lalotai, el Reino de los Monstruos, de Tamatoa, un cangrejo cocotero gigante. Mientras Moana distrae a Tamatoa, Maui recupera su anzuelo, pero se encuentra con que no puede controlar su cambio de forma. Tamatoa lo domina, pero la rapidez de Moana les permite escapar con el gancho. Maui revela que su primer tatuaje se lo hizo cuando sus padres mortales lo abandonaron cuando era un bebé, y los dioses, apiadándose de él, le concedieron sus poderes. Después de que Moana lo tranquilice, Maui le enseña el arte de la navegación, recuperando el control de sus poderes, y los dos se acercan.

Llegan a la isla de Te Fiti, pero son atacados por Te Kā. Moana se niega a volver, lo que hace que el garfio de Maui quede muy dañado. No queriendo perder su garfio en otro enfrentamiento con Te Kā, Maui abandona a Moana, que con lágrimas en los ojos pide al océano que encuentre a otra persona para restaurar el corazón y pierde la esperanza. El océano accede y se lleva el corazón, pero el espíritu de Tala aparece, inspirando a Moana a encontrar su verdadera vocación. Recupera el corazón y vuelve a navegar para enfrentarse a Te Kā. Maui regresa, habiendo cambiado de opinión, y le gana tiempo a Moana para llegar a Te Fiti luchando contra Te Kā, destruyendo su garfio en el proceso. Al no poder encontrar a Te Fiti, Moana se da cuenta de que Te Kā es Te Fiti, corrompida sin su corazón. El océano abre un camino para Moana, permitiéndole devolver el corazón a Te Fiti, que cura el océano y las islas de la plaga. Maui se disculpa con Te Fiti, que restaura su garfio y le da a Moana un nuevo barco antes de caer en un profundo sueño y convertirse en una montaña.

Moana se despide de Te Fiti y regresa a su hogar, donde se reúne con sus padres. Retoma su papel de jefa y buscadora de caminos, liderando a su pueblo en la reanudación de su viaje.

En una escena posterior a los créditos, Tamatoa, todavía atascado en su espalda, se dirige al público, sabiendo que le ayudarían si se llamara Sebastián.