Coraline Jones y sus cariñosos padres se mudan a una casa antigua que ha sido dividida en pisos. Los otros inquilinos incluyen a Miss Spink y Miss Forcible, dos ancianas retiradas del escenario y el Sr. Bobo, conocido inicialmente como «el viejo loco de arriba», que afirma estar entrenando un circo de ratones. El piso al lado de Coraline está desocupado, y una pequeña puerta que los une se revela que está tapiada cuando se abre.

Coraline va a visitar a sus nuevos vecinos. El Sr. Bobo le transmite un mensaje de sus ratones: «No entres por la puerta.»Coraline también tiene té con Miss Spink y Miss Forcible, y Miss Spink espía el peligro en el futuro de Coraline después de leer sus hojas de té.

A pesar de estas advertencias, Coraline decide abrir la puerta cuando está sola en casa. Esta vez, encuentra que la pared de ladrillos detrás de la puerta ha desaparecido. En su lugar hay un largo pasillo que conduce a un piso idéntico al suyo, excepto habitado por la «Otra Madre» y el «Otro Padre», que tienen botones negros para los ojos. La Otra Madre es notablemente más alta y delgada que su madre real. Su cabello negro parece moverse por sí solo, su piel es blanca como el papel, y sus uñas son largas y rojas. Coraline encuentra el «Otro Mundo» más interesante que el suyo; la Otra Madre cocina comida que realmente disfruta, sus otros Padres le prestan más atención, su caja de juguetes está llena de juguetes animados que pueden moverse y volar, la Otra Señorita Spink y la Señorita Forcible realizan un acto interminable en su piso, y el Otro Señor Bobo realiza un circo de ratones. Incluso encuentra que el gato negro salvaje que deambula por la casa en el mundo real puede hablar. El gato se identifica a sí mismo como el mismo gato que vive en el mundo real y posee la capacidad de viajar a través de los huecos entre los dos mundos. Aunque intencionalmente grosero e inútil para la mayor parte de la conversación, la elogia brevemente por traer «protección», y luego desaparece.

Después de que Coraline regresa a la copia de su piso, la Otra Madre le ofrece a Coraline la oportunidad de quedarse en el Otro Mundo para siempre, pero para hacerlo, Coraline debe permitir que se le cosan botones en los ojos. Coraline se horroriza y regresa a través de la puerta a su casa. Al regresar a su apartamento, Coraline descubre que sus verdaderos padres están desaparecidos. No regresan al día siguiente, y el gato negro la despierta y la lleva a un espejo en su pasillo, a través del cual puede ver a sus padres atrapados. Le hacen una señal escribiendo «Ayúdanos» en el cristal, de lo que Coraline deduce que la Otra Madre los ha secuestrado. Primero llama a la policía, pero no le creen. Así que Coraline, aunque tiene miedo de regresar, regresa al Otro Mundo para enfrentarse a la Otra Madre y rescatar a sus padres. En el jardín, Coraline es incitada por el gato a desafiar a la Otra Madre, ya que «a su tipo de cosas le encantan los juegos y los desafíos.»La Otra Madre intenta convencer a Coraline de que se quede, pero Coraline se niega y está encerrada en un pequeño espacio detrás de un espejo como castigo.

En el pequeño armario oscuro, conoce a tres niños fantasmas. En el pasado, cada una había dejado que la Otra Madre, a la que se refieren arcaicamente como la «beldam», se cosiera botones sobre los ojos. Le dicen a Coraline que la Otra Madre eventualmente se aburrió de ellos, dejándolos morir y dejándolos a un lado, pero están atrapados allí porque ella ha guardado sus almas. Si sus almas pueden ser rescatadas de la Otra Madre, entonces los fantasmas pueden pasar. Los niños fantasmas imploran a Coraline que escape y evite su destino.

Después de que la Otra Madre libera a Coraline del espejo, Coraline propone un juego: si puede encontrar las almas de los niños fantasmas y sus padres, entonces ella, sus padres y los niños fantasmas pueden salir libres. Si pierde, Coraline dejará que la Otra Madre le cose los botones en los ojos y se convertirá en una hija amorosa para ella. La Otra Madre está de acuerdo y jura sobre la tumba de su madre. Coraline exige que la Otra Madre jura sobre otra cosa y ella jura sobre su mano derecha.

Coraline busca en el Otro Mundo y supera los obstáculos de la Otra Madre usando su ingenio y la piedra de la suerte de Miss Spink (la protección a la que se refería el gato) para encontrar las almas de mármol de los niños fantasmas. También deduce que sus padres están encarcelados en una bola de nieve en la repisa de la chimenea. Los niños fantasmas le advierten que incluso si Coraline gana, la Otra Madre no la dejará ir, por lo que Coraline engaña a la Otra Madre al anunciar que sabe dónde están escondidos sus padres: en el pasillo entre los mundos. La Otra Madre no puede resistirse a regodearse abriendo la puerta para mostrarle a Coraline que sus padres no están allí. Cuando la Otra Madre abre la puerta, Coraline lanza el gato a la Otra Madre, agarra el globo de nieve y escapa al mundo real con la llave, y el gato lo sigue rápidamente. Mientras escapa, Coraline fuerza la puerta cerrada en la mano de la Otra Madre. De vuelta en su casa, Coraline se queda dormida en una silla. Ella es despertada por sus padres que no tienen memoria de los eventos.

Esa noche, Coraline tiene un sueño en el que conoce a los tres niños en un picnic. Los niños están vestidos con ropa de diferentes épocas y uno parece tener alas. Le advierten que su tarea aún no ha terminado: la Otra Madre intentará recuperarla e intentará obtener la llave para abrir la puerta entre los mundos. Coraline va al viejo pozo en el bosque para deshacerse de la llave. Ella finge tener un picnic, con la manta de picnic colocada sobre la entrada del pozo. La mano cortada de la Otra Madre intenta agarrar la llave, pero pisa la manta y cae en el pozo. Coraline regresa a la casa, saludando a sus vecinos (que finalmente aciertan su nombre), y se prepara para la escuela al día siguiente.