在北欧海湾环抱的阿伦黛尔王国，长公主艾莎天生拥有一种神秘而危险的力量——点石成冰。幼年时，艾莎在与活泼好奇的妹妹安娜嬉戏期间不慎用冰雪法术击中安娜头部，险些致命。地精长老佩比治愈了安娜，抹去了她对冰雪魔法的记忆，并郑重告诫国王与王后：恐惧将是艾莎力量最大的敌人。为了保护外界与保护姐妹二人，皇宫深锁大门，艾莎戴上隔绝魔力的手套，在紧闭的闺房中将自己囚禁十余年。
多年后父母海难遇难，成年的艾莎迎来了加冕典礼。这一天城堡大门初开，安娜对外界一见倾心，与南方群岛的汉斯王子闪电定情并当场向艾莎祈求赐婚。艾莎坚决反对这种轻率的誓言，姐妹在众目睽睽之下爆发剧烈争执。情绪失控中艾莎撕破手套，锋利尖锐的冰刺自地面喷薄而出，将盛夏的阿伦黛尔瞬间拉入终年不化的酷寒严冬。被群臣视作怪物的艾莎仓皇出逃，在无人踏足的北山之巅释放天性，构筑起璀璨夺目的冰雪城堡。
安娜坚信姐姐本心善良，独自策马追入严寒暴雪。途中她偶遇采冰人格里斯托夫、忠诚幽默的驯鹿斯特，以及被艾莎无意中赋予生命的雪人雪宝（Olaf）。众人穿越雪崩与狼群，终于来到北山城堡劝说艾莎重返家园。然而当艾莎得知整个王国已陷入无尽寒冬，极度的自责与慌乱再次令魔力暴走，无意间将一道致命冰刺扎进了安娜的心脏。
随着心脏逐步冰冻，地精指出唯有“真爱之举”才能融化坚冰。众人火速送安娜返回王宫寻找汉斯，不料汉斯却卸下面具，暴露出为了篡夺王位的阴险嘴脸，将冻僵的安娜锁入冷房任其自生自灭。暴风雪中艾莎挣脱镣铐逃向冻结的峡湾，汉斯举剑欲斩向艾莎的刹那，气息奄奄的安娜用最后一丝力气舍身挡在剑前，全身彻底化为冰晶石雕。
艾莎痛不欲生扑在石雕上痛哭，这份姐妹间舍弃自我的牺牲之爱触发了奇迹——安娜身上的坚冰自心口向外迅速瓦解复苏。艾莎终于顿悟，爱才是解开一切风雪与严寒的钥匙。她举起双手引动暖流，融化了覆盖整座王国的坚冰，海湾千帆复苏，阿伦黛尔的大门永远向所有人敞开。
