En 1944, Carmen s'installe chez son nouvel époux, le capitaine franquiste Vidal, dont elle attend un enfant. Issue d'un précédent mariage, sa fille Ofelia, douze ans, s'habitue difficilement à cette nouvelle vie.
Pendant que son autoritaire et cruel beau-père traque sans relâche les derniers combattants républicains, Ofelia se promène dans la forêt avoisinante. Elle y découvre un curieux labyrinthe souterrain gardé par le faune Pan. Ce dernier révèle alors à la fillette qu'elle n'est nulle autre que la princesse disparue d'un royaume enchanté.
Et pour retrouver l'immortalité que lui assure son rang, elle doit accomplir trois épreuves initiatiques aussi étonnantes que périlleuses.