Chaque jour, Marinette et Adrien se métamorphosent en super-héros pour sauver Paris des méchants ! Marinette devient Ladybug, et Adrien Chat Noir. Leur mission : capturer les akoumas du mystérieux Papillon qui transforment les Parisiens en super-vilains. Cependant, aucun ne connaît le secret de l’autre. La jeune fille ignore que, derrière le costume de Chat Noir se cache Adrien, le garçon dont elle est secrètement amoureuse. Et Chat Noir, amoureux de Ladybug, ne sait pas que celle-ci est en réalité Marinette, la fille sympa et tête en l’air de sa classe…
La classe de Marinette doit se rendre à New York, pour célébrer la semaine de l'amitié franco-américaine. Toute la classe y participe… sauf Adrien, car son père refuse de le laisser partir. En prévision de son départ, Ladybug demande à Chat Noir de veiller sur Paris mais ne précise pas les raisons de son absence. Ce dernier prend la mission très au sérieux… mais lorsque Marinette, en tant que déléguée de classe, convainc Gabriel de laisser partir son fils avec ses camarades, Adrien a un problème. En effet, le collégien étant également Chat Noir en secret, il ne peut pas veiller en même temps sur Paris et être avec sa classe à New York. Comment va-t-il faire ? Si les deux héros s’absentent, qui va veiller sur Paris ? Il y a une chose que Ladybug et Chat Noir ignorent : Papillon se prépare lui aussi à voyager ! La semaine de l'amitié franco-américaine l'intéresse au plus haut point et il se pourrait bien que les super héros américains aient besoin d'un peu d'aide ! Que peut bien avoir Papillon derrière la tête en se déplaçant à New York ?
Ce sont les vacances et tout va bien pour Marinette… jusqu’à ce qu’elle apprenne qu'Adrien a dû partir avec son père pour Shanghai, en Chine. Heureusement, c’est là qu’habite son Oncle Wang, dont l’anniversaire approche. Pour retrouver Adrien et découvrir ses origines, Marinette décide d’aller donner en mains propres son cadeau à Oncle Wang. Mais peu après son arrivée, Marinette perd toutes ses affaires, dont son sac, Tikki… et le Miraculous de la coccinelle qui lui permet de devenir Ladybug ! Pour les retrouver, elle va faire équipe avec Fei, ignorant que c'est celle qui a volé ses affaires !
La super-héroïne, qui a conquis le cœur de millions de fans à travers le monde, débarque pour la première fois au cinéma ! Ladybug va devoir unir ses forces avec Chat Noir, le charismatique justicier masqué qui n’a pas sa langue dans sa poche, pour affronter le Papillon et sa horde de super-vilains, alors que ceux-ci menacent de détruire Paris. Mais, alors que les deux héros se rapprochent, Marinette ignore que derrière son mystérieux complice se cache Adrien, le camarade de classe dont elle est amoureuse…
Marinette raconte dans son journal comment ses amis Alya, Rose, Alix, Mylène et Juleka l'aident à affronter chaque journée.