Główną bohaterką powieści jest Mary Lennox, która przyszła na świat w Indiach. Jej ojciec był wysokim urzędnikiem administracji kolonialnej, matka zajmowała się głównie życiem towarzyskim: balami i spotkaniami. Wychowywanie córeczki pozostawiali hinduskiej niańce. Pozbawiona rodzicielskiej opieki Mary terroryzowała służbę, była dzieckiem chorowitym, niegrzecznym i niemiłym. Gdy miała dziesięć lat, jej rodzice zginęli podczas epidemii cholery. Opiekę nad nią przejął stryj Archibald Craven, bezdzietny wdowiec. Dziewczynka pojechała do Anglii, do położonej na wrzosowiskach posiadłości wuja. Jednak i tu wydaje się być pozostawiona sama sobie - wuj w domu nie mieszka, a gospodyni od razu oznajmia, że nie ma obowiązku zajmowania się nią, poza zaspokajaniem podstawowych potrzeb. Niepotrafiąca nawiązać właściwych kontaktów z otoczeniem Mary początkowo w dalszym ciągu jest niemiła w stosunku do służby wuja, lekceważąc ich i usiłując wymóc takie traktowanie siebie, do jakiego przywykła w Indiach. Jej stosunek zaczyna się zmieniać pod wpływem prostodusznej, sympatycznej i szczerze Mary współczującej młodej służącej Marty, która, sama mając liczne rodzeństwo, potrafi zrozumieć potrzeby dziecka. Dużą rolę odgrywa też budzenie się zainteresowania przyrodą i ruch na świeżym powietrzu w wielkim ogrodzie otaczającym pałac Cravena. Mary spotyka tam ogrodnika Bena Weatherstaffa, ponurego milczka, w którym czuje pokrewną duszę. Pałacowe tereny kryją tajemnicę - otoczony wysokim murem, zamknięty ogród. Mary przypadkowo, obserwując gila, odnajduje do niego klucz. Ten skryty przed ludźmi zakątek zaczyna uważać za swoje królestwo. Ale tajemnicę kryje też wielki dom - dziewczynka słyszy w nocy czyjeś krzyki, a domownicy zbywają jej dociekania. Mary poznaje Dicka Sowerby``ego, młodszego brata Marty - prostolinijnego, sympatycznego chłopca, opiekującego się porzuconymi i zranionymi dzikimi zwierzętami. Spokojny Dick, także zainteresowany przyrodą i mający dar oswajania zwierząt, staje się dla Mary wzorem do naśladowania. Prowadzi go do tajemniczego ogrodu i pokazuje, jak starała się pomóc budzącym się właśnie do życia roślinom. Pewnej nocy Mary znów słyszy krzyki. Tym razem nie daje za wygraną i odszukuje miejsce, z którego dochodzą wrzaski. Odnajduje rozhisteryzowanego chłopca i daremnie starających się go uspokoić służących. Wyrwana ze snu i ona daje popis swoich możliwości. Jej reakcja - burzliwa kłótnia z chłopcem - daje efekt lepszy niż delikatność dorosłych. Colin Craven, syn jej wuja, nieruszający się z łóżka, wydelikacony hipochondryk, jest przekonany, że rośnie mu garb. Stanowcze zapewnienie Mary, że nic takiego nie widzi, uspokaja go. Kuzyni zaprzyjaźniają się, a Mary, pomna własnych doświadczeń, przekonuje Colina, by i on skorzystał z dobroczynnej mocy natury. Dzieci we trójkę odprawiają w tajemniczym ogrodzie wymyślone przez siebie rytuały, mające pomóc wyzdrowieć niepotrafiącemu chodzić Colinowi. Podczas jednego z takich seansów przyłapuje ich ogrodnik Ben, przedostający się przez mur po drabinie. Rozmowa z młodym paniczem powoduje, że i on przyłącza się do "spisku". Okazuje się też, że tajemniczy ogród był ulubionym miejscem matki Colina i został zamknięty przez rozpaczającego po jej śmierci męża, a Ben mimo decyzji swego chlebodawcy stara się dbać o porastające go różane krzewy. Podróżujący po Europie pan Craven jakimś mistycznym sposobem słyszy głos zmarłej żony Liljas wzywający go do powrotu do domu, do ich ogrodu. Ulega mu i trafia akurat na moment, w którym jego chory, słaby syn, dziecko, do którego nie chciał się przywiązywać, by nie przeżyć jego przewidywanej utraty tak, jak śmierci żony, staje na nogi i idzie ku niemu. Siłom natury, jej mocy, udaje się uzdrowić bohaterów książki i przywrócić rodzinną więź.
