Филмот започнува со подготовката на Дарслиеви за посета од страна на шефот на тетин му на Хари. Бидејќи Вернон сака да го импресионира шефот за да добие унапредување на работа решава Хари да биде заклучен за време на вечерата. Хари се качува горе во собата и се обидува да биде тивок како што му нареди тетин му, но таму на големо изненадување на Хари гледа дека некој е седнат на неговиот кревет, тоа е Доби (куќно џуџе). Доби го предупредува Хари да не се враќа назад во Хогвартс поради гласините дека опасни работи ќе се случат оваа година во Хогвартс. Кога Хари одбива да не се врати, куќното џуџе, во обид да го опамети, прави една торта да одлебди врз главата на жената на шефот и да падне врз неа. Мислејќи дека Хари е крив, тетин му на Хари го казнува и става решетки на неговиот прозорец за тој да не може да се врати во Хогвартс. Сите обиди на тетин му Вернон пропаѓаат кога Рон, Фред и Џорџ Визли пристигнуваат во нивниот летечки автомобил да го спасат и одведат од домот на Дарслиеви.
Четворицата пристигаат во Дувлото, домот на семејството Визли. Г-ѓа Визли ги фаќа четворицата како влегуваат, и додека го убедува Хари дека не го обвинува него, им се развикува на нејзините тројца синови поради нивната невнимателност. Ги предупредува дека можеле да бидат видени од шушумиги (неволшебни луѓе) што претставува закана за тајната на нивниот свет. Таму Хари ги запознава Џини, најмладата од децата на Визлиеви и единствено девојче од нивното семејство и татко му на Рон, Артур Визли, за време на еден типичен појадок во нивното семејство. Кога го здогледува Хари, Џини се исплашува и бега. Рон тврди дека не е секогаш таква и дека таа „зборувала за него цело лето“.
Петте деца на Визлиеви кои одат на училиште, вклучувајќи го и Перси Визли, добиваат писма од Хогвортс од нивните бувови. Со листите за книги во рака, Визлиевите заминуваат во Дијагналната уличка. Таму се сретнуваат со Хермиона Гренџер. Таму го сретнуваат и Гилдерој Локхарт, кој е познат волшебник кој во книжарницата каде го сретнуваат ја потпишува својата најнова книга. Хари и останатите ги земаат нивните книги но налетуваат на Луциус Малфој, таткото на Драко, кој многу заинтересирано ја набљудува лузната на челото на Хари.
Следната сцена е веќе на први септември на станицата King's Cross во Лондон. Целата фамилија на Визли преминуваат преку волшебната бариера кон перонот 9 и три четвртини лесно. Но кога Хари и Рон ќе се обидат сфаќаат дека тие не можат да поминат. Мислејќи дека го пропуштиле Хогвартс Експрес, Хари и Рон ја крадат колата на татко му на Рон, со која дојдоа до станицата и го следат возот до Хогвортс. При слетувањето ја погодуваат врбата засадена на земјиштето на Хогвартс која самата по себе може да се движи. Врбата ја уништува колата која ги исфрла Хари и Рон надвор од неа и самата заминува. Тогаш стапчето на Рон се крши. Хари и Рон се фатени од страна на домарот во Хогвартс, Аргус Филч, кој ги носи пред професорот Северус Снејп да ги казни. Пред Снејп да успее да ги испише од училиштето, директорот Албус Дамбладор и професорката Мегонагл пристигнуваат. Како глава на куќата Грифиндор, Мегонагл е таа со авторитетот да ги казни момчињата, не Снејп. Таа им изречува само казнена настава.
За време на школската година, Хари почнува да слуша гласови, се наоѓаат скаменети луѓе и се појавуваат пораки по ѕидовите напишани во крв велејќи дека одајата на тајните е отворена. Одајата на тајните била изградена од еден од основачите на училиштето Салазар Слитерин кој не сакал децата кои немаат волшебничко потекло, блатокрвците, да учат во неговото училиште, за разлика од останатите тројца основачи. Затоа тој ја создал одајата и во неа скрил чудовиште и кога еден ден ќе се врати неговиот наследник ќе го исчисти училиштето од недостојните. Хари, Рон и Хермиона пробуваат да откријат како одајата била отворена и кој ја отворил. Наскоро целото училиште дознава дека Хари може да зборува со змии и си претпоставува дека тој е наследникот и дека тој ја отворил одајата.
Но Хари, Рон и Хермиона не мислат така тие се сомневаат во Драко Малфој. Затоа Хермиона почнува да прави полисоковна напивка, напивка која ќе им овозможи да се претворат во некоја друга личност во овој случај некој од Слитерент што во овој случај се Креб, Гојл и Пензи. Тие ја подготвуваат во мистериозното WC каде живее Мрачната Мирта. Кога напивката е готова Хари и Рон успеваат да се претворат во Креб и Гојл но не и Хермиона, таа станува пола човек-пола мачка и веднаш е пратена во болница. Хари и Рон кога не извлекуваат информации од Драко се враќаат во првобитната форма и продолжуваат со истрагата.
Подоцна Хари наоѓа една книга во која нема ништо напишано. Книгата му припаѓала на Том Марволо Ридл, кој го посетувал училиштето пред педесет години. Преку книгата, која всушност е дневник открива дека пред 50 години Хагрид бил обвинет дека тој ја отворил одајата и чудовиштето кое се наоѓало во неа убило девојче од неволшебно потекло.
Работите се комплицираат кога и Хермиона е пронајдена скаменета, Хагрид е пратен во Азкабан (волшебничкиот затвор) и Дамблдор ќе биде замолен да го напушти директорското место по налог на училишниот одбор кој е под водство на Луциус Малфој. Пред да биде Хагрид одведен им дава трага на Хари и Рон да ги следат пајаците во Забранетата шума. Таму тие го сретнуваат Арагог, огромен пајак акромантула кој сите сметале дека го убил девојчето пред педесет години. Тој им кажува дека Хагрид е невин и дека чудовиштето кое се наоѓа во одајата е нешто од што пајаците најмногу се плашат. Откако одвај извлекуваат жива глава од кај пајаците се враќаат во замокот. Таму учителите наоѓаат уште една порака од наследникот на Слитерин кој вели дека девојче е одведено во одајата на тајните и нејзиното тело засекогаш ќе остане таму. Тогаш Гилдерој Локхарт се фали дека одамна знаел каде е влезот во одајата и останатите професори го тераат да оди по девојчето да ја спаси.
Девојчето кое е одведено е Џини, сестрата на Рон. Хари и Рон во раката на Хермиона наоѓаат исечок од книга во која пишува за огромна змија наречена басиликс која може да убие со погледот но ако не ја погледнеш директно во очите тогаш само ќе те скамени. Хари и Рон одат до професорот Локхарт да му кажат што откриле но го затекнуваат како се пакува да замине и признава дека тој всушност е измамник. Тогаш двајцата го присилуваат да дојде со нив во тоалетот на вториот кат. Таму живее Мрачната Мирта, дух на девојче кое постојано плаче и е хистерична. Хари мисли дека токму таа е девојчето кое умрело пред 50 години. Ја прашуваат како умрела и таа им вели дека се сеќава како видела пар големи жолти очи на местото каде што биле славините за вода. Хари оди до славините и говорејќи со змискиот јазик и кажува на одајата да се отвори. Тие го туркаат Локхарт низ преминот да се осигураат дали е безбедно и подоцна и самите се спуштаат. Долу Локхарт успева да му го открадне стапчето на Рон и кога сака да им ги избрише мемориите и самиот да ја земе славата, стапчето на Рон, кое беше скршено но залепено, не дејствува како што треба и магијата го погодува самиот Локхарт со што тој добива длабока амнезија. Од магијата почнува да се руши таванот и ги разделува Рон и Локхарт на едната и Хари на другата страна. Хари продолжува сам и во одајата го наоѓа телото на Џини кое постепено умира. До неа стои Том Ридл кој му кажува на Хари дека тој е вистинскиот наследник на Слитерин и всушност тој е младата форма на Лорд Волдеморт зачувана како меморија во страниците на дневникот и со слабеењето на Џини тој станува посилен. Тогаш му наредува на басилискот да го нападне и убие Хари.
Во тој момент пристигнува фениксот Фокс, миленичето на Дамблдор кој му ја носи капата бирачка на Хари и во летот му ги ископува очите на басилискот да не може да гледа и убива со погледот. Тогаш Хари здогледува дека во капата има меч кој го зема и го убива басилискот. Но пред да го убие еден од отровните заби на змијата го прободува во подлактицата и полека почнува да го труе. Пред да се онесвести Хари го зема делот од забот кој му се скрши во неговата подлактица и го прободува дневникот на Волдеморт. Меморијата на Волдеморт е уништена и Џини оживува. Тогаш Фокс слетува покрај Хари и капнува една солза на раната на неговата рака со што ја излекува. Кога излегуваат од одајата се враќа Дамблдор кој го праќа Рон да испрати документи со кои ќе го ослободат Хагрид од Азкабан, а на Хари му кажува дека мечот кој го извади од капата му припаѓал на самиот Годрик Грифиндор, еден од четворицата основачи на училиштеото покрај Слитерин, Рејвенкло и Хафлпаф.
Тогаш доаѓа Луциус Малфој да види што се случило во училиштето и е гневен за тоа што Дамблдор е вратен и за тоа што Хари повторно се спасил од Лорд Волдеморт. Со себе го носи Доби, куќното џуџе кое постојано го малтретира. Доби му сугерира на Хари дека токму Луциус е тој кој дневникот го стави меѓу книгите на Џини Визли денот кога ги сретна во книжарницата во Дијагоналната уличка. На заминување Хари го соблекува едниот негов чорап и го става внатре во дневникот, потоа оди по Луциус и му го подава дневнкот кажувајќи му дека тој знае што направил. Луциус во нервозата му го дава дневникот на Доби. Доби го отвара дневникот и го пронаоѓа чорапот со што ја добива својата слобода (единствен начин да се ослободи куќно цуџе е ако неговиот господар му подари облека). Луциус гневен поради загубата на слугата сака да го повреди Хари но Доби го спречува и тој си заминува.
На крајот сите кои беа скаменети се оздравени благодарение на напивката која ја припреми наставничката по Хербологија, Хагрид е вратен од Азкаван и Локхарт е однесен во болница за да му се врати сеќавањето и сите дознаваат дека тој е измамник. Хари, Рон и Хермиона се среќни што ја разрешиле мистеријата и среќни сите го прославуваат крајот на учебната година и сите среќно си заминуваат дома.
