아름다운 나무숲이 울창한 이태리의 어느 시골마을. 나무꾼이자, 나무 인형을 만들고 사는 젊은 청년 제페토(Geppetto: 마틴 랜도 분)는 숲 속 나무에 레오나를 향한 사랑의 표시를 새겨두고 내려오지만, 결국 레오나와의 사랑을 이루지 못한 채 세월을 보낸다. 그는 지난날의 젊음을 잊고 있으며, 사랑과 모험을 다만 과거의 유물에 불과하다고 믿고 있다. 그는 오로지 고양이와 인형들과만 지냈다. 어느 날, 깊은 계곡이 있는 숲에서 제페토는 자신이 그 옛날 사랑의 표시를 새겨둔 통나무를 발견하여 수레에 싣고 돌아와 나무를 깎아 인형을 만들기 시작했다. 그는 완성된 인형의 이름을 피노키오(Pinocchio: 조나단 테일러 토마스 목소리 연기)라 이름짓는다. 이 꼭두각시 인형은 매우 특별했다. 왜냐하면 피노키오는 다른 인형들처럼 끈에 매달리지 않고도 걷고, 말하고, 탐구할 줄 아는 장난꾸러기 꼭두각시 인형이기 때문이었다. 피노키오는 나무로 만들어졌다는 것 말고는 다른 소년들과 하나도 다를 바가 없었다. 피노키오는 즉시 사악한 인형극장 주인인 로렌지니(Lorenzini: 어도 키에 분)의 눈에 띄게 된다. 그에게는 교활한 고양이 같은 펠리네(Felinet: 베베 네우위스 분)와 아둔하면서도 여우같은 볼프(Volpe: 로브 쉐네이더 분)라는 똘마니가 있었다. 로렌지니는 피노키오를 극장의 인형극에 출연시키고 싶어서 혈안이 되어 지체할 시간이 없었다. 그래서 제페토에게 피노키오를 팔 것을 권유하나 일언지하에 거절당한다. 사실 제페토의 피노키오에 대한 사랑은 무엇보다 깊은 것이었다. 그것은 친아들에 대한 아버지의 유대감과도 같았다. 한편 학교 다닐 시기를 놓친 피노키오는 친구들과 어울리다 빵을 훔치게 된다. 이로 인해 제페토는 피노키오가 훔친 빵을 변상하지 못해 법정에 서게 된다. 법정에서 로렌지니는 자신이 제페토보다 피노키오를 더 잘 돌볼 수 있다고 말한다. 법정은 로렌지니에게 피노키오를 돌보라는 판결을 내리고 어쩔 수 없이 피노키오를 로렌지니에게 넘기게 된다. 피노키오는 자신이 제페토의 진짜 아이가 아니라 나무인형이기 때문에 로렌지니에게 넘겨진다는 사실을 뼈아프게 인식하게 된다. 인형극단에서 인기를 한 몸에 누리게 된 피노키오. 그러나 악덕 고용주인 로렌지니에게 시달림을 받는 피노키오는 제페토만을 그리워한다. 로렌지니는 피노키오에게 돈을 한푼도 주지 않고 공연을 시킨다. 그러나, 피노키오의 유일한 동무이면서 그를 언제나 바른 길로 인도해주는 등불인 귀뚜라미 페페(Pepe The Cricket: 데이비드 도일 목소리 연기)는 그에게 제페토에게 돌아가라고 충고한다. 로렌지니가 인형들을 학대하자 피노키오는 인형들을 위해 맞서다가 극장이 화염에 휩싸이는 사고가 나고, 피노키오는 도망치는 신세가 된다. 로렌지니가 피노키오에게 준 금화를 탐내던 펠리네트와 볼페는 아빠를 위해서 진짜 소년이 되고 싶어하는 피노키오를 속이고 금화를 빼앗는다. 다시 한번 자신의 어리석음에 실망한 피노키오는 환상의 나라로 놀러가던 아이들 무리에 합류한다. 온갖 규율을 무시하고 마음대로 나쁜 행동까지도 할 수 있는 놀이동산의 주인은 다름 아닌 로렌지니. 사악한 마법의 샘물로 아이들을 당나귀로 변하게 만든 뒤 당나귀를 팔아 돈을 벌고 있는 로렌지니의 음모를 피노키오가 아이들에게 알리고 아이들을 위기에서 구한다. 로렌지니는 자신의 샘물 속에 빠져 바다괴물로 변하고, 자기를 찾아 아빠가 바다로 나갔다는 소식을 들은 피노키오는 아빠를 찾아 바다로 나갔다가 괴물이 된 로렌지니에게 잡아먹힌다. 로렌지니의 뱃속에서 아빠를 만난 피노키오는 지혜롭게 빠져나오고, 아빠를 구해낸다. 천신만고 끝에 상봉한 아빠와 아들은 서로의 사랑을 확인하고 눈물을 흘린다. 진정한 사랑과 착하고 올바르게 사는 방법을 깨달은 피노키오는 진짜 소년으로 탈바꿈하고, 레오나, 제페토와 함께 가족으로 행복하게 살아간다.