“El laberinto del fauno” transcurre en una zona no identificada del noroeste de España el año 1944, cinco años tras el fin de la Guerra Civil Española.

La película empieza con una introducción por parte de un narrador:

"Cuentan que hace mucho, mucho tiempo, en el reino subterráneo, donde no existe la mentira ni el dolor, vivía una princesa que soñaba con el mundo de los humanos. Soñaba con el cielo azul, la brisa suave y el brillante sol...

Un día, burlando toda vigilancia, la princesa escapó. Una vez en el exterior, la luz del sol la cegó y borró de su memoria cualquier indicio del pasado. La princesa olvidó quién era - de dónde venía... Su cuerpo sufrió frío, enfermedad y dolor. Y al correr de los años... murió.

Sin embargo, su padre, el Rey, sabía que el alma de la princesa regresaría, quizá en otro cuerpo, en otro tiempo y en otro lugar. Y él la esperaría hasta su último aliento, hasta que el mundo dejara de girar."

Ofelia (Ivana Baquero) viaja con su madre Carmen (Ariadna Gil) quien se halla en un avanzado estado de gestación, hacia un pequeño pueblo al norte de España, donde se encontrarán con el nuevo padrastro de Ofelia, el capitán de la Guardia Civil Vidal (Sergi López) encargado de eliminar los últimos indicios de la guerrilla republicana escondido en los montes después de la guerra civil, en 1944. En el camino, Ofelia se topa con un insecto extraño, que la sigue. El narrador explica que hace mucho tiempo en un mundo subterráneo, existía una princesa que deseaba vivir en el mundo de los humanos. La princesa logró escapar, pero la luz del sol la cegó y al perder su inmortalidad, murió. Su padre, el rey del mundo subterráneo, sabía que su alma no había muerto, y que regresaría algún día a donde pertenecía, por lo que abrió portales alrededor del mundo esperando su retorno.

Al llegar al campamento, Ofelia conoce al capitán y se hace visible que es un hombre desalmado. En este campamento, localizado al lado de un molino, Ofelia conoce a Mercedes (Maribel Verdú), una de las trabajadoras en este lugar quien, con el doctor Ferreiro (Álex Angulo), suministran a escondidas medicinas y alimentos a los rebeldes de las montañas. Al lado del molino se hallan las ruinas de un viejo y extraño laberinto que intriga a Ofelia.

Durante la primera noche, Ofelia es visitada por el extraño insecto, que se convierte en hada y la guía hacia el laberinto. Allí, se encuentra con una estatua y un fauno (Doug Jones) quien le revela un gran secreto. El fauno le dice que ella es en realidad una princesa y que ha sido buscada incesantemente por su padre. Para poder regresar, Ofelia debe pasar tres pruebas y demostrar que su esencia está intacta. El fauno le da un libro en blanco el cual le permitirá realizar las pruebas; con este libro el fauno también le da tres piedras de ámbar para su primera misión. Esa noche Ofelia ve, sin ser observada, que Mercedes le pide medicinas al doctor Ferreiro para curar la pierna de uno de los integrantes de la partida guerrillera.

La primera prueba la lleva a cabo al siguiente día. Consiste en entrar en una cueva situada en las raíces de un árbol moribundo y encontrar a un sapo que está matando a la planta lentamente. Después de encontrarlo, deberá darle de comer las tres piedras y extraer una llave dorada de su vientre. Ofelia lleva esta tarea a cabo en su totalidad, pero al hacerlo, arruina el vestido que su madre hizo para que ella luciese en la cena que el capitán Vidal ofrece esa noche a las fuerzas vivas del pueblo. Eso decepciona a su madre quien castiga a Ofelia esa noche sin cenar.

Al siguiente día, Ofelia abre el libro para saber de su nueva tarea. Pero en vez de revelársela, el libro se llena de sangre. Carmen grita de dolor en la habitación, en la que Ofelia se apresura a entrar. Allí se encuentra su madre sangrando terriblemente. Con prontitud se llama al doctor y Carmen es sedada, Ferreiro le prescribe reposo absoluto. Ofelia es trasladada desde la habitación de su madre a otra habitación para que aquella pueda descansar.

Esa misma noche el fauno aparece en la habitación de Ofelia preguntándole por qué no cumplió la segunda tarea. Ofelia le explica al fauno sus razones y éste le regala una raíz de mandrágora. Ofelia debe de ponerla en un cuenco de leche y alimentarla con dos gotas de su propia sangre cada día, situarla debajo de la cama de su madre para hacerla sentir mejor. Así lo hará Ofelia. Antes de marcharse, el fauno advierte a Ofelia que su misión será muy peligrosa y le entrega un estuche que alberga tres hadas que la ayudarán en su misión, un pedazo de tiza y un reloj de arena para medir el tiempo exacto que debe durar su misión. Enérgicamente el fauno le indica que no debe comer nada en el lugar de su misión porque "le va la vida en ello" y allí habita un ser que no es humano. Cuando Ofelia coloca la mandrágora bajo la cama de su madre al día siguiente, se entera (al escuchar una conversación entre el capitán y el doctor) que la vida de su madre no significa nada para el capitán, a quien sólo le preocupa su hijo nonato, continuador de su estirpe.

Mientras tanto, el capitán Vidal se encamina a las montañas para atacar a los rebeldes. Allí encuentra una fogata apagada y entre sus rescoldos las mismas medicinas que el doctor le dio a Mercedes. Los guerrilleros habían tenido que huir y las dejaron allí.

Llega la noche y Ofelia se dispone a cumplir su segunda misión. Dibuja una puerta en la pared con la tiza mágica. Al abrir esta puerta, ve otra habitación muy extraña. Antes de pasar a la habitación, gira el reloj de arena (pues debe regresar antes de que la arena del reloj termine de caer) y libera a las hadas, las cuales la dirigen hacia unas pequeñas puertas en la pared, como cajas fuertes. En esta habitación también hay una gran mesa llena de apetitosa comida y, sentado, se encuentra un monstruo sin ojos (el Hombre Pálido, también interpretado por Doug Jones). En las paredes se hallan pinturas de este monstruo matando y devorando niños pequeños. Ofelia utiliza la llave que obtuvo del vientre del sapo para abrir una de las tres puertas en la pared. Decide abrir la puerta de la izquierda a pesar de que las hadas le indicaron que abriese la que se encuentra en el medio. De ésta saca una daga. Al dirigirse a la salida, Ofelia no puede resistir la tentación de comer dos uvas, sin tener en cuenta la advertencia que el fauno le había hecho previamente ni prestando atención a las advertencias de las hadas en ese momento. Esto causa que el Hombre Pálido se despierte y con sus ojos ocultos en las palmas de las manos se dispone a atacar a Ofelia. Las hadas se apresuran a defenderla, por lo que el monstruo captura a un par de ellas y les da muerte arrancando y devorando sus cabezas. Ofelia se apresura a alcanzar la salida pero su tiempo se agota antes de llegar y la puerta se cierra ante de ella. Asustada logra hacer otra puerta en el techo y escapar con el hada restante, instantes antes de que el monstruo la alcance.

Esa misma noche, Mercedes y el doctor Ferreiro suben a escondidas al refugio de los guerrilleros, para que Ferreiro atienda a uno de ellos. Allí se revela que el líder guerrillero, Pedro, es hermano de Mercedes, a quien entrega una llave de la bodega del Molino, donde el capitán Vidal guarda todos los víveres del pueblo. El guerrillero herido tiene una herida gangremada en la pierna. El doctor Ferreiro, sin otra anestesia que aguardiente, tiene que amputarle la pierna.

Después de esto, los guerrilleros atacan un tren, haciéndolo descarrilar. Vidal se dirige al paraje inmediatamente, pero tan pronto como llega se da cuenta que todo era una trampa para atacar el campamento y apropiarse de los alimentos destinados al pueblo, que Vidal guardaba allí bajo llave a fin de impedir que los campesinos ayudasen a los guerrilleros. Esto le hace sospechar de Mercedes. Se desata un tiroteo en las montañas, y parte de los guerrilleros mueren en el enfrentamiento, sin embargo el capitán captura a uno de los rebeldes, malherido, para torturarlo. Después de las torturas Vidal le pide al doctor que atienda al prisionero, el cual le pide al doctor que termine su sufrimiento y lo mate. El doctor le obedece. Al mismo tiempo, Vidal obtiene una muestra de medicina del maletín del doctor y la compara con la medicina encontrada en las montañas. Vidal, ahora enfurecido por la traición del doctor y por su desobediencia, saca una pistola y termina su vida.

La noche siguiente, el fauno visita a Ofelia para saber sobre el resultado de la segunda misión. Con lágrimas en los ojos Ofelia empieza a explicar que tuvo un accidente, pero antes de que pueda continuar, el hada sobreviviente de esta aventura se apresura a contarle al fauno lo sucedido. El fauno, furioso, le dice a Ofelia que cometió un error y que ella no es la elegida. Al desobedecer las reglas Ofelia agotó sus posibilidades de volver a su reino junto a sus padres y debería seguir viviendo como humana. El fauno desaparece en las sombras y deja a Ofelia en lágrimas.

Al día siguiente, mientras Ofelia alimenta la mandrágora que alivia el dolor de su madre, es sorprendida por el capitán, quien grita enfurecido. Carmen despierta y pide hablar con Ofelia a solas. Le explica que la vida es dura y que la magia no existe. Carmen lanza la mandrágora a la chimenea encendida en donde se retuerce, con un agudo chillido, hasta morir, y al instante Carmen se encuentra sangrando.

Vidal manda llamar al encargado del botiquín del puesto para que atienda a su esposa. Carmen muere durante el parto. No obstante, la única preocupación de Vidal es su hijo, el cual se encuentra bien.

Tras el entierro de Carmen, Vidal amenaza veladamente a Mercedes, pues durante el ataque de los guerrilleros el candado de la bodega no fue forzado y ella una vez le confirmó que la llave que le dio al capitán era la única llave. Por esta razón, Mercedes decide huir. Ofelia le ruega incesantemente que la lleve con ella, y Mercedes accede. No han llegado muy lejos cuando son atrapadas por Vidal. Ofelia es encerrada en su habitación y Mercedes es llevada a la bodega para ser torturada.

Cuando Mercedes se encuentra atada en la bodega y a solas con el capitán, saca un cuchillo de mondar patatas que tenía oculto en el delantal, se libera y ataca al capitán. Mercedes le causa dos heridas superficiales en pecho y espalda y un corte en la mejilla, desde la boca. Saliendo de la bodega es rápidamente acorralada por los militares en su huida hacia las montañas, donde los guerrilleros -y entre ellos su hermano Pedro- atacan a los hombres de Vidal y la liberan.

Entretanto, Ofelia es visitada por el fauno una vez más. Se abraza a él y éste le ofrece una segunda oportunidad con la condición de que ella haga todo lo que él le diga sin hacer preguntas. Ofelia acepta y el fauno le pide que lleve con ella a su hermano recién nacido al laberinto. Ella obedece, se escapa con la tiza mágica de su habitación y vierte láudano en la bebida del capitán para dormirle (el doctor Ferreiro le había prescrito láudano a la Carmen para que pudiese dormir por las noches; tras su muerte, Ofelia se había apropiado del frasco). Vidal se encuentra cosiéndose la herida en la boca cuando descubre a Ofelia con el bebé en sus brazos que se dirige al laberinto. Aunque débil y atontado, consigue perseguirla. Al mismo tiempo, el campamento es atacado por los guerrilleros. Mercedes busca a Ofelia en su habitación sin encontrarla.

Ofelia y el niño llegan hasta el laberinto donde se encuentra con el fauno. Este le pide al niño y le dice que para abrir el portal a su reino se debe derramar sangre inocente. Ofelia rehúsa hacerle daño a su hermano a pesar de las constantes demandas del fauno. Este, entonces, muy molesto da un paso hacia atrás y le dice que haga lo que quiera. En ese momento llega Vidal (quien no puede ver al fauno), toma el niño de las manos de Ofelia y después dispara a la niña, dejándola sangrando a la entrada del pozo que da acceso al mundo del fauno.

Al salir del laberinto, los guerrilleros, con Pedro al frente y Mercedes a su lado, están esperando a Vidal. Éste les entrega voluntariamente al niño, pidiéndoles que le digan a su hijo la hora de su muerte -tal y como el General Vidal, su padre, hizo con él al destrozar su reloj antes de morir. Mercedes le responde que "ni siquiera sabrá tu nombre". Pedro dispara al capitán a bocajarro en la cara y le mata.

Al entrar al laberinto, los rebeldes encuentran a Ofelia en el suelo moribunda. Sin poder ayudarla sólo pueden verla morir. Su sangre gotea desde arriba sobre la extraña estatua de la gruta del fauno y la luz de la luna llena obra un milagro: en la cara de Ofelia nace una sonrisa. En una última visión, ella se ve a sí misma en un palacio dorado frente a sus padres, el rey y la reina (su madre Carmen) del mundo subterráneo. La última prueba que ha superado Ofelia era derramar su propia sangre antes que derramar la de un inocente. Se convierte en la princesa y esta lista para vivir eternamente en su palacio. Mientras tanto, la Ofelia terrenal muere en los brazos de Mercedes. El narrador dice entonces que reinó con justicia y bondad por muchos siglos y que fue amada por todos sus súbditos y que dejó huella de paso por el mundo, visible solo para aquellos que sepan mirar.

Saludos amistosos, Katina