En el pequeño reino de Euphrania, el Rey y su corte esperan ansiosos que el príncipe Eduard se case. Pero el joven quiere casarse por amor y no por obligación. Tras la muerte de su padre, Cenicienta se convierte, en su propia casa, en la criada de su madrastra y de sus hermanastras. Pero su hada madrina le ayudará en sus duras tareas domésticas y, además, conseguirá que asista a una fiesta en palacio y conozca al príncipe. Sin embargo, cuando la magia desaparece, la única prueba que Eduard tiene de la existencia de Cenicienta es un pequeño zapato de cristal con el que intentará localizarla.

Dick Van Dyke interpreta a un excéntrico inventor de nombre Caractacus Potts, que consigue convertir un viejo coche de carreras (llamado originalmente "Paragon Panther") en un vehículo que podía volar y flotar sobre el agua al que denominó Chitty Chitty Bang Bang. Con este coche viaja junto a su padre (Lionel Jeffries), sus hijos (Heather Ripley y Adrian Hall) y a su bella enamorada (Sally Ann Howes) al mundo mágico de los piratas, castillos y viven aventuras sin fin. Juntos se enfrentan al Barón Bomburst (Gert Fröbe) y a otros villanos. Destaca también en el reparto James Robertson Justice en el papel de Lorde Scrumptious.