
Seekor ikan mas menyelinap pergi dari rumah dan berenang di punggung seekor ubur-ubur. Setelah tersangkut di toples kaca, ia hanyut ke pantai tempat ia dibebaskan oleh Sousuke, seorang anak laki-laki berusia lima tahun yang tinggal bersama ibunya Lisa di sebuah rumah di tepi laut sementara ayahnya Koichi bekerja di perahu nelayan. Setelah menyembuhkan luka di jari Sousuke dengan menjilatinya, ikan mas itu diberi nama Ponyo oleh teman barunya.
Tanpa sepengetahuan Sousuke, Ponyo sudah memiliki nama dan keluarga. Ayahnya Fujimoto, seorang penyihir yang meninggalkan kemanusiaannya untuk hidup di bawah air, mencari putrinya Brunhilde dengan panik. Ketika ditemukan dan ditangkap, Ponyo menolak nama lahirnya dan menyatakan bahwa ia ingin menjadi manusia. Menggunakan kekuatan yang diterima dari darah Sousuke, ia menumbuhkan lengan dan kaki dan melarikan diri ke permukaan sekali lagi. Namun, sihir yang dilepaskan ke laut menyebabkan ketidakseimbangan di alam, menyebabkan Bulan mulai keluar dari orbit dan pasang surut menjadi semakin kuat dan berbahaya. Bertemu kembali dengan Ponyo, Sousuke harus lulus ujian kuno untuk memulihkan ketertiban di dunia dan membiarkan temannya hidup sebagai manusia.