Sosuke, 5 ans, habite une maison sur la falaise surplombant la baie. Alors qu'il joue sur la plage, il recueille un poisson rouge prisonnier d'un petit récipient de verre. Sosuke décide de garder cette adorable créature mi-poisson, mi-fillette, la plonge dans un grand seau rempli d'eau et l'emmène partout avec lui. Une amitié doublée d'une forte complicité s'installe entre Sosuke et celle qu'il baptise «Ponyo». Leur histoire est contrariée par les plans de Fujimoto, le père de Ponyo. Ce sorcier vivant dans les fonds marins ramène de force sa fille dans les profondeurs océanes.