小女孩海蒂自小就失去了双亲，一直由黛特姨妈扶养。一次姨妈将海蒂带到阿尔卑斯山的乡下交给爷爷暂时照顾，虽然爷爷在当地以性情古怪与孤僻著称，但很快就跟海蒂互相产生了深厚的感情。同时海蒂也与当地的牧童皮特成为好友。
正当此时，黛特姨妈忽然来到瞒着爷爷偷偷将海蒂带走，她将海蒂交给法兰克福的一户上流社会家庭照顾，成为富家女孩嘉拉的女伴，自小失去母亲的嘉拉因患有疾病而导致行动不便，不得不乘坐轮椅，她很快跟海蒂成为无所不谈的好朋友，而管家塞巴斯蒂安和女仆蒂娜塔也对海蒂十分和善，唯有古板严肃的家庭女教师罗顿迈尔小姐一直看海蒂不顺眼，曾多次责骂她。情势在嘉拉的父亲和奶奶的返家后而有所转变，在慈祥的奶奶引导下，海蒂很快地就学会了读书识字。虽然日子过得幸福，但海蒂无时无刻都在思念远方的爷爷，因此患上了梦游症；嘉拉的父亲只好同意让海蒂回阿尔卑斯山和爷爷团聚，但此举却使失去同伴的嘉拉赶到十分痛苦。
之后，由于嘉拉的健康状况下降，父亲和奶奶于是便送她来阿尔卑斯山暂时跟海蒂居住一段时间。在大自然的环境中，海蒂和嘉拉相处得十分快乐，这却引起了皮特的忌妒，他乘人不注意时将嘉拉的轮椅推下山去。嘉拉在无轮椅可坐的情况下居然发现了自己已可以走路，来接她的父亲和奶奶惊讶地看到了眼前的这一幕。
结局，海蒂和和嘉拉不舍地道别，她随后与爷爷搬到了村庄内，在学校内继续学习，以能够在日后实现成为作家的梦想；同时她和皮特也依旧是好朋友。
