Stary snycerz Gepetto rzeźbi drewnianą marionetkę, którą nazywa Pinokio. Gdy wieczorem widzi za oknem spadającą gwiazdę, wypowiada życzenie, by marionetka ożyła i stała się prawdziwym chłopcem. W nocy Błękitna Wróżka ożywia Pinokia, mówiąc mu, że jeśli będzie „odważny, prawdomówny i niesamolubny”, stanie się prawdziwym chłopcem[3]. Żeby łatwiej było mu odróżnić dobro od zła, jego osobistym opiekunem i strażnikiem zostaje Świerszcz Hipolit[4].
Rankiem Gepetto z radością odkrywa, że Pinokio ożył, a następnego dnia posyła go do szkoły. Pinokio po drodze napotyka antropomorficznych Lisa i Kota, którzy postanawiają wykorzystać kukiełkę dla własnych korzyści[3]. Mamiąc Pinokia obietnicą przyszłej sławy, którą miałby osiągnąć jako aktor teatralny, przekonują go, by przyłączył się do kukiełkowego teatru prowadzonego przez Stromboliego[3]. Pinokio się zgadza, a dyrektor teatru dzięki niemu wkrótce osiąga sukces i zarabia dużo pieniędzy. Gdy Pinokio chce wracać na noc do domu, Stromboli zamyka go w klatce dla ptaków, żeby zawsze mieć nad nim kontrolę[3].
Świerszczowi Hipolitowi udaje się znaleźć Pinokia, jednak nie potrafi uwolnić go z klatki. Wówczas zjawia się Błękitna Wróżka i pyta Pinokia, dlaczego nie posłuchał Gepetta i nie poszedł do szkoły. Pinokio wstydzi się powiedzieć prawdę, dlatego kłamie, opowiadając zmyśloną historię, w związku z czym jego nos rośnie. Po chwili przyrzeka być odtąd prawdomównym i dobrym, a Wróżka uwalnia go[5], żeby mógł ze Świerszczem uciec od Stromboliego.
W tym czasie Lis i Kot rozmawiają w karczmie z podstępnym woźnicą, który obiecuje im zapłacić dużo pieniędzy w zamian za znalezienie mu głupich i niegrzecznych chłopców, których mógłby zabrać na Wyspę Radości. Choć są przerażeni stwierdzeniem Woźnicy, że żaden z chłopców nigdy stamtąd nie wróci „jako chłopcy”, przekonują Pinokia, że musi udać na wypoczynek na Wyspę Radości. Pinokio w drodze na wyspę zaprzyjaźnia się z chłopcem o imieniu Knot, który z czasem zaczyna wywierać na Pinokiu zły wpływ, proponując mu palenie cygar, picie piwa i gry hazardowe. Świerszcz Hipolit odkrywa, że woźnica rzucił na wyspę klątwę sprawiającą, że niegrzeczni chłopcy zmieniają się w osły, których woźnica sprzedaje do pracy w kopalniach soli. Poznawszy prawdę, biegnie ostrzec Pinokia, któremu w międzyczasie wyrosły ośle uszy i ogon[4].
Pinokio po ucieczce z Wyspy Radości dociera do domu, ale na miejscu nikogo nie zastaje. Z listu zrzuconego na próg domu dowiaduje się, że Gepetto wraz z kotem Figaro i złotą rybką Cleo wyruszył w morze, gdzie został połknięty przez wieloryba o imieniu Potwór. Pinokio rusza ojcu na ratunek. Wraz ze Świerszczem Hipolitem wskakuje do morza, gdzie zostaje połknięty przez wieloryba, w którego brzuchu odnajduje ojca. By się wydostać, wraz z dziadkiem buduje tratwę i rozpala ognisko, by wymusić na wielorybie kichnięcie. Plan się powodzi, ale rozwścieczony wieloryb rzuca się w pogoń za tratwą, którą ostatecznie rozbija. Pinokiu udaje się dociągnąć Gepetta w bezpieczne miejsce w jaskini pod klifem, jednak wkrótce ginie, rozbijając się o skały[4]. Zrozpaczony Gepetto zabiera ciało Pinokia do domu, gdzie go opłakuje. Błękitna Wróżka – uznawszy, że Pinokio wykazał się odwagą i poświęceniem – ożywia kukiełkę i zmienia w prawdziwego chłopca. Świerszcz Hipolit w dowód uznania za dobre ukierunkowanie Pinokia zostaje nagrodzony złotą odznaką w kształcie gwiazdy[4].
Walt Disney po komercyjnym i artystycznym sukcesie Królewny Śnieżki i siedmiu krasnoludków (1939) rozpoczął produkcję kolejnych trzech pełnometrażowych filmów animowanych: Pinokia, Bambiego i Fantazji[6]. Prace nad tymi filmami trwały niemal jednocześnie, co było podyktowane chęcią wypuszczania przez studio jednego pełnometrażowego filmu rocznie[6]. Nad Pinokiem pracował zespół najbardziej – zdaniem Disneya – utalentowanych rysowników, m.in. Ben Sharpsteen, Hamilton Luske, Bill Corttrell, Fred Moore, Frank Thomas, Bill Tytla, Ward Kimball, Wolfgang Reitherman, Arthur Babbitt i Marjorie Belcher[7]. Kierownikiem studia wydziału technicznych prac badawczych został Ub Iwerks, który opracował i wykorzystał przy produkcji Pinokia proces naświetlania warstwowo klatek filmowych, stwarzając iluzję fizycznej głębi, dzięki czmeu uczynił animację przełomowym filmem w odbieraniu wrażeń wizualnych[8].
Prace nad Pinokiem ukończono w lutym 1940[9]. Koszt produkcji filmu wyniósł ponad 3 mln dol., co uczyniło Pinokia wówczas najdroższym filmem animowanym[9].