Coraline acaba de mudarse junto a sus padres a unos departamentos, llamados "Pink Palace Apartments". Ya que sus padres están muy ocupados con su trabajo, Coraline empieza a explorar la casa y alrededores, conociendo a varios peculiares vecinos como el señor Bobinsky, las señoritas Spink y Forcible y Wybie,

Wybie le regala a Coraline una muñeca, diciéndole que la encontró en el cajón de su abuela y que se la regalaba porque se parece mucho a ella. Coraline también descubre una antigua puerta pequeña escondida por el papel tapiz en una pared de su casa, la cual tras ser abierta resulta estar tapada con ladrillos.mEsa misma noche, Coraline es guiada por unos ratones ante la misma puerta, la cual resulta tener una especie de pasadizo que la lleva a un mundo paralelo, llamado "el otro mundo", habitado por su Otra Madre y su Otro Padre, pero tienen botones negros por ojos.
Entusiasmada, Coraline comienza a visitar cada noche el otro mundo, en el que encuentra versiones de sus verdaderos vecinos. Durante una visita Coraline se encuentra con el gato negro de su realidad, pero este no tiene botones en lugar de ojos y está dotado con la capacidad de hablar, con la que le advierte del peligro que corre en el lugar. Después de tres noches, la otra madre le ofrece a Coraline la oportunidad de quedarse en el otro mundo para siempre, con la condición de dejarse coser botones en los ojos. Coraline se niega y decide volver a casa durmiendo, pero no puede, así que se enfrenta a la otra madre, lo que provoca que ésta se transforme en un horrible ser, y la encierre en un espejo.
Allí se encuentra con los fantasmas de tres niños que fueron las anteriores víctimas de la Otra Madre. Le explican como Otra Madre utilizó una muñeca parecida a ellos para espiar sus vidas, viendo que no eran felices, y los trajo al Otro Mundo con juegos y regalos, prometiéndoles una vida mejor, por lo que ellos aceptaron que les cosiera los botones; le cuentan a Coraline cómo se aburrió de ellos y consumió sus vidas, encerrando sus espíritus detrás del espejo. Le piden a Coraline que encuentre sus ojos, que fueron escondidos en el Otro Mundo por la Otra Madre, para que así ellos puedan ser libres y descansar en paz.
El otro Wybie saca a Coraline y le ayuda a escapar hasta su hogar, una vez en casa, los padres de Coraline nunca se presentan y el gato le muestra vía un espejo que sus padres han sido secuestrados por la Otra Madre. Sin más remedio que regresar al otro mundo, y armada con "El caramelo del ojo" , otorgado por Spink y Forcible, Coraline se va a rescatar las almas de los niños, y reta a la otra Madre a un juego: si Coraline logra encontrar los ojos de los fantasmas y a sus verdaderos padres, todos podrán irse, pero si no lo consigue, ella se quedará en el Otro mundo para siempre, se dejará coser botones en sus ojos y los tres niños que han perdido sus ojos y almas seguirán en manos de la Otra Madre.
Coraline escapa junto al gato, cerrando la puerta hacia el otro mundo y cortándole la mano mecánica a la Otra Madre. Coraline cierra la puerta también en el mundo real y se encuentra con sus padres sanos y salvos, sin recuerdo alguno de dicha experiencia.
Al llegar la noche, Coraline es visitada por los fantasmas de los tres niños por última vez, quienes le advierten que ella seguirá en peligro mientras conserve la llave de botón que abre la puerta al otro mundo. La amputada mano de la otra madre, que ha podido cruzar al mundo real, ataca a Coraline, pero es destruida por Wybie. Los pedazos de la mano y la llave son arrojados al pozo, que después es tapado por los dos jóvenes.