Matilda (5ans), mal-aimée de ses parents (sa mère s'interesse plus au concours de danse à la télé qu'à sa fille, et son père, un revendeur de voiture, voulait un fils) n'est pas une enfant comme les autres. Elle sait déjà lire et dévore de nombreux livres. Elle passe beaucoup de son temps libre à la bibliothèque, où elle raconte à Mrs Phelps, la bibliothécaire, des histoires extraordinaires mettant en scène une acrobate et un magicien de l'évasion.

Lors de son premier jour d'école, son institutrice Miss Honey se rend bien compte des aptitudes de la jeune fille et décide de la faire passer dans la classe supérieur. Mais la cruelle et sadique directrice Miss Trunchbull, s'y oppose. Matilda deviendra alors  son souffre douleur.

Un jour en classe, alors que Matilda se fait punir par la terrible Miss Trunchbull, la petite se rend compte qu'elle a le pouvoir de déplacer les objets par la pensée. Elle fait part de ses pouvoirs à Miss Honey qui décide de l'inviter à prendre le thé chez elle. Matilda découvre que Miss Honey vit dans une grande pauvreté et que, enfant, elle fut recueilli par son affreuse tante, qui n'est autre que Miss Trunchbull. Cette dernière a fait signer un contrat à Miss Honey l'obligeant à lui rembourser tous les frais qu'elle lui a causés. Matilda fait le lien entre  l'histoire de Miss Honey et celle de l'acrobate et de l'illusioniste qu'elle raconte à Mrs Phelps.

De retour en classe, alors que Miss Trunchbull punit les élèves un par un, Matilda se sert de ses pouvoirs pour marquer un mot au tableau avec la craie, en lui faisant croire que c'était le fantôme du père de Miss Honey qui lui ordonne de rendre le manoir familial à  sa fille. Miss Trunchbull, effrayée, s'enfuit en courant, tandis que les enfants célèbrent leur victoire.

Tout est bien qui finit bien, Miss Honey récupère le manoir de ses parents et devient directrice de l'école. Matilda persuade la mafia russe, qui en avait après son père, d'arrêter de poursuivre sa famille. Ses parents décide de la laisser vivre une vie heureuse chez Miss Honey. Matilda perd ses pouvoirs par la même occasion, car elle n'en a plus besoin.