阿伦黛尔王国有两位时值幼年的公主:沉稳优雅的长公主艾莎(Elsa),和活泼开朗的小公主安娜(Anna)。一日半夜,安娜叫醒在床上的,求她陪自己玩,问她“想不想堆个雪人?”原本不为所动的艾莎听闻这句即刻睁开眼睛。原来,艾莎与生便有控制冰雪的能力,这给姐妹俩日常的游戏带来无穷乐趣。艾莎将大厅变成溜冰场,按照安娜的样子为她堆雪人雪宝(Olaf),姐妹俩玩得不亦乐乎。谁料突生变故,在雪堆上玩耍的安娜蹦跳速度太快,艾莎几乎接不住她反因脚下打滑失手用魔法击中安娜致其昏厥。
艾莎抱住安娜惊恐哭泣不知所措,国王与王后循声赶来带两个女儿前去地精处寻求解救方法,地精佩比爷爷(Pabbie)治好了安娜,为确保不留下心理阴影他将安娜关于“姐姐的魔法”的回忆全部消除,并告诫艾莎要谨慎使用这既美丽又可怕的力量。国王和王后为保护女儿教授艾莎“不去想(Don’t feel)、控制它(Control it)”并用“裁减人员”、“封闭城堡”的方式以防外人知晓艾莎能力和发生意外,甚至将安娜与艾莎分开。安娜不知城堡里为何发生巨变,更疑惑为何从前亲密无间的姐姐突然把自己拒之门外,她日复一日在姐姐门外想尽方法哄她出来玩却都得不到回应,安娜唱着欢乐却寂寞的歌呼唤姐姐,在城堡里孤单长大。同一时间,旧时阴影使艾莎充满恐惧,生怕伤到他人,随着她的成长她的魔法也越来越强,几乎不受控制,国王与王后尽力安抚但收效甚微。艾莎在父王的嘱咐下戴上手套以此抑制能力,内心的枷锁也越来越沉。数年后,两位公主长成少女,国王与王后却在一场海难中逝世,葬礼上不见长公主身影。安娜在姐姐房外哀求她开门,最后只能倚门坐地,吟唱从小到大一直在问的“你想不想堆个雪人”。门的另一边,艾莎听着妹妹的声音内心挣扎不断,在失控的魔法造出的寒霜里痛苦地抽泣蜷坐。
三年后,艾莎即将加冕为女王。在加冕日那天,安娜在为自己终于可以与外界接触而欢欣雀跃,天真地幻想着能够结交新的朋友,还有浪漫的偶遇;而艾莎则战战兢兢如履薄冰,生怕被外人发现秘密。安娜巧遇来自南方小岛的汉斯王子,立刻对他萌生好感。加冕仪式在有惊无险中顺利举行完毕,入夜晚会歌舞升平,艾莎主动与妹妹说话,安娜惊喜万分,祈求能跟姐姐像幼时一样亲密,艾莎内心万分渴望但迫于隐情还是生硬地拒绝了妹妹,安娜受伤离去,落寞的她并没有发现姐姐复杂的注视。安娜在舞会上重逢汉斯王子,两人因身世经历相近而变得更加亲密,安娜贸然答应汉斯王子的求婚,并万分开心向艾莎介绍自己的“未婚夫”希望得到她的祝福。艾莎无法赞同妹妹与“只认识一天的男人订婚”的做法,试图与安娜交流被拒绝,两人争论无果,艾莎表示无法祝福安娜的“婚约”,打算终止晚会。安娜无法再忍受姐姐毫无理由的冷硬,上前阻拦,慌乱中扯掉艾莎的手套,大声询问她为何拒绝整个世界,艾莎惊惧交加忍无可忍挥出一片冰棱惊倒众人。
秘密泄露,民众恐慌,艾莎更是被威斯顿公爵指责为怪物,忍痛抛下追来的安娜远走深山,在她身后,安娜眼睁睁看整个峡湾被冰雪封冻。威斯顿公爵肆意散播女王是妖怪的言论,安娜严厉制止了他并表示今夜变故都是自己鲁莽引起,为了拯救被冰封的阿伦黛尔,安娜将大权暂交给汉斯王子,决意只身前往深山寻回姐姐。而在雪山之巅,艾莎决意远离人世抛开心魔,在荒无人迹的冰雪深处用自己的力量平地建起冰宫天地,欣然拥抱自由。
安娜跋雪涉冰寻找姐姐的踪影,途中结识贩冰人的克里斯托夫和他的知心伙伴驯鹿斯文,从他口中得知暴风雪从北山而来,随即要求他带自己前往,两人骑一驯鹿历经重重磨难到达北山,等待他们的却是狂暴风雪与能令心脏冻结的变故……