ภาพยนตร์เรื่องนี้เล่าเรื่องของเด็กสาว (แมกเคนซี ฟอย) ที่อาศัยอยู่กับแม่ (แรเชล แม็กอดัมส์) ที่เข้มงวดและหวังให้เธอเข้าเรียนในโรงเรียนชั้นนำแห่งหนึ่ง ในช่วงปิดเทอมฤดูร้อน เธอกับแม่ย้ายมาอาศัยในบ้านหลังใหม่ที่อยู่ระแวกโรงเรียนดังกว่า แต่ละวันเด็กสาวต้องเตรียมตัวสอบอย่างเคร่งครัดตามตารางชีวิตที่แม่จัดไว้ให้เพื่อชิงโควตาเข้าเรียน
วันหนึ่ง เด็กสาวได้พบกับชายชราที่อาศัยอยู่ข้างบ้านของเธอ ชายชราผู้นั้นคืออดีตนักบิน (เจฟฟ์ บริดเจส) ที่ครั้งหนึ่งเคยได้พบกับเจ้าชายน้อย (ไรลีย์ ออสบอร์น) กลางทะเลทรายสะฮาราเมื่อคราวที่เขาขับเครื่องบินไปตกที่นั่นเมื่อตอนยังหนุ่ม เด็กสาวและนักบินชราสนิทสนมกันมากขึ้น ทุกวันเธอจะลอบออกจากบ้านเพื่อไปเที่ยวเล่นในบ้านของนักบิน เขาได้สอนประสบการณ์นอกตำราเรียนแก่เธอและเล่าเรื่องราวของเจ้าชายน้อยให้เธอฟัง
เจ้าชายน้อยคือเด็กชายที่อาศัยอยู่บนดาวเคราะห์น้อยบี 612 ทุกวันเจ้าชายน้อยจะคอยกำจัดต้นกล้าของต้นเบาบับที่ปกคลุมอยู่ทั่วดาว เพราะกลัวว่าถ้าปล่อยทิ้งไว้ต้นเบาบับจะเติบโตจนมีขนาดใหญ่เกินดาวของตน
วันหนึ่ง ขณะที่เจ้าชายน้อยกำจัดต้นเบาบับอยู่นั้น เขาได้พบกับดอกไม้ตูมดอกหนึ่ง เขาเฝ้าคอยทะนุถนอมดูแลจนมันโตขึ้นเป็นดอกกุหลาบ (มารียง กอตียาร์) และกลายเป็นเพื่อนกัน แต่เมื่อเวลาผ่านไปดอกกุหลาบเริ่มเรียกร้องความดูแลเอาใจใส่มากขึ้น จนทำให้เจ้าชายน้อยอึดอัดใจและตัดสินเดินทางออกจากดาวดวงนั้นไป
เจ้าชายน้อยเดินทางไปพบกับผู้คนบนดาวเคราะห์น้อยดวงอื่น ๆ ได้แก่ พระราชา (บัด คอร์ต) จอมหยิ่ง (ริกกี เชอร์เวส์) และนักธุรกิจ (แอลเบิร์ต บรูกส์) ก่อนที่จะเดินทางมาถึงโลกมนุษย์
บนโลก เจ้าชายน้อยได้พบกับสุนัขจิ้งจอกแดง (เจมส์ แฟรนโก) เขาทำให้มันเชื่องและกลายเป็นเพื่อนสนิทกัน แต่แล้ววันหนึ่ง เจ้าชายน้อยเกิดความคิดถึงดอกกุหลาบบนดาวบ้านเกิด เขาจึงได้ลาจากจิ้งจอกเพื่อกลับไปพบกับดอกกุหลาบ โดยการขอให้งูพิษ (เบนีเซียว เดล โตโร) กัด โดยก่อนจากกัน สุนัขจิ้งจอกได้สอนให้เจ้าชายน้อยมองสรรพสิ่งต่าง ๆ ด้วยหัวใจ
เมื่อเล่าจบ นักบินกล่าวกับเด็กสาวว่า เมื่อถึงเวลาวันหนึ่งเขาจะกลับไปหาเจ้าชายน้อยเช่นกัน
การที่เด็กสาวได้ใช้ชีวิตร่วมกันกับนักบิน และได้รับรู้เรื่องราวของเจ้าชายน้อย ทำให้เธอได้รับประสบการณ์และจินตนาการใหม่ ๆ ที่อยู่นอกเหนือโลกแห่งการศึกษาที่แม่จัดวางไว้ให้ รวมถึงได้ตั้งคำถามกับความเป็นผู้ใหญ่ที่เธอจะต้องพบในอนาคต ในขณะที่แม่ของเธอไม่เห็นด้วยอย่างยิ่งที่เธอจะเสียเวลากับนักบินแทนที่จะดำเนินชีวิตตามแผนที่แม่ต้องการ
วันหนึ่ง นักบินไม่สบายหนักจนต้องเข้าโรงพยาบาล เด็กสาวจึงหาทางช่วยเหลือด้วยการเดินทางเข้าสู่โลกแห่งจินตนาการเพื่อไปแจ้งข่าวต่อเจ้าชายน้อย การเดินทางนำเธอไปพบกับนายเจ้าชาย (Mr. Prince) (พอล รัดด์) ซึ่งเป็นเจ้าชายน้อยในวัยผู้ใหญ่ ที่อาศัยและทำงานอยู่บนดาวเคราะห์น้อยของนักธุรกิจ ชายที่ต้องการแต่ผลกำไร โดยการบังคับให้ผู้คนรวมถึงนายเจ้าชายทำงานหามรุ่งหามค่ำให้กับตน
เด็กสาวปฏิเสธแนวคิดของนักธุรกิจกับพรรคพวก และประกาศว่าตนจะไม่เติบโตเป็นผู้ใหญ่แบบนักธุรกิจ ก่อนที่จะช่วยนายเจ้าชายออกมาจากดาวดวงนั้น และพากลับไปยังบี 612 เพื่อพบกับดอกกุหลาบอีกครั้ง เมื่อไปถึง พวกเขาได้พบแต่เพียงซากของดอกกุหลาบ นายเจ้าชายเสียใจแต่ก็ได้เรียนรู้ที่จะมองดอกกุหลาบด้วยหัวใจและได้รับรู้ถึงการมีอยู่ของดอกกุหลาบอีกครั้ง ก่อนที่เขาจะกลับไปเป็นเจ้าชายน้อยเช่นเดิม
เด็กสาวกลับสู่โลกแห่งความเป็นจริงอีกครั้ง ได้พบนักบินที่รักษาตัวในโรงพยาบาล ทำความเข้าใจเกี่ยวกับการดำเนินชีวิตกับแม่ของตน และใช้ชีวิตต่อไปอย่างมีความสุข