Seekor ikan mas menyelinap pergi dari rumah dan mengapung di atas punggung ubur-ubur. Setelah terjebak di dalam stoples kaca, ia hanyut ke pantai dan 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 sebuah kapal penangkap ikan. Setelah menyembuhkan luka di jari Sousuke dengan menjilatnya, ikan mas tersebut 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, dengan panik mencari putrinya, Brunhilde. Saat ditemukan dan ditangkap, Ponyo menolak nama lahirnya dan menyatakan bahwa dia ingin menjadi manusia. Dengan menggunakan kekuatan yang diterima dari darah Sousuke, ia menumbuhkan lengan dan kaki dan melarikan diri ke permukaan sekali lagi. Namun, sihir yang dilepaskan ke lautan menyebabkan ketidakseimbangan di alam, menyebabkan Bulan mulai jatuh dari orbitnya dan ombak semakin kuat. Bertemu kembali dengan Ponyo, Sousuke harus melewati ujian kuno untuk memulihkan ketertiban di dunia dan membiarkan rekannya hidup sebagai manusia.
