Lilo est une petite Hawaiienne orpheline au caractère bien trempé qui est élevée tant bien que mal par sa sœur aînée. Un jour, malgré les réticences de sa grande sœur, elle adopte dans un refuge un étrange animal, vorace et indomptable, qui s'avère être un fugitif extraterrestre. Une relation d'amitié va naître entre ces deux êtres mais malheureusement les choses vont se compliquer : un groupe d'extraterrestres chargé de capturer Stitch pour le renvoyer en prison débarque sur Terre...