北歐王國阿倫黛爾(Arendelle)的公主艾莎(Elsa)出生便帶有能夠創造冰雪的魔法，她在兒時常以這種魔力與感情親密的妹妹安娜(Anna)玩耍。某天清晨，兩人在王宮里玩雪，創造出一座雪雕樂園。但當玩的正瘋時，艾莎的冰不慎誤擊跑跳中的安娜，讓她滾落地面而昏迷不醒。國王和皇后急忙帶著兩姐妹上山尋求地精協助。地精老佩比(Pabbie)治療了魔法對安娜的傷害，但消除了她對魔法的記憶。他亦警告說艾莎的魔力確實美麗，但也很危險，必須加以管控。事后雖消除了安娜對這場意外的一切記憶，但艾莎的心靈仍然因為該次事件的震撼而深受創傷。接著，國王和皇后致力以各種措施隱藏艾莎的冰能力，關上了城堡大門，也使艾莎必須長時間關在寢室內。然而，魔力卻隨著艾莎的成長而日漸增強，讓她隨時活在可能傷及他人的恐懼中。另一方面，
安娜不知道為什么身為親姐姐兼最好玩伴的艾莎，要在一夕之間與自己斷去聯系，而感到受傷與困惑。安娜好幾次都跑到艾莎房前，試著用各種方法哄她出來玩，卻總是無疾而終。當兩人成為青少女后，國王與皇后又在一場海難中雙雙身亡，失去父母的姐妹倆盡管感到孤單無助，但又不能尋求對方的陪伴與慰藉。
三年后，已成年的艾莎必須繼承王位，成為女皇。雖然她對于自己要打開大門、在世人之前亮相而滿心擔憂，但加冕典禮仍安然無事的宣告完成。與艾莎相反，因為城堡門大開而興奮不已的安娜如脫韁野馬在王國四處游蕩，并撞見了來自南方小島(The Southern Isles)的王子漢斯(Hans)，兩人間的情愫油然而生。當安娜帶著才剛認識一天的漢斯來見艾莎，表示希望能獲得她對兩人的祝福。然而艾莎無法接受妹妹倉促與陌生人互許終身，兩人爆發口角，而艾莎就在情緒激動下釋出了一陣鋒利的冰碎片。眾人一片嘩然和震驚，受邀與會的威斯頓公爵(Duke of Weselton)也指責艾莎是動用巫術的怪物。備感壓力的艾莎慌張逃出王國，遁入北山中。首次遠離了自己一直戒慎恐懼地提防、保護的人群，艾莎決定欣然擁抱自身的力量。她在無意中造出了兒時與安娜堆過的雪人雪寶(Olaf)、并不知覺地賦予了它生命，還蓋起一座富麗堂皇的冰宮殿，深信自己不必再被這種隨時會傷到他人的苦惱所困。艾莎有所不知的是自己在逃跑的過程中，外溢的魔力已讓盛夏的阿倫黛爾被永恒的嚴冬所覆蓋。
在阿倫黛爾，安娜認為艾莎的出走是自己所致，決定前去尋找艾莎，帶她回國以消除寒災。最后在采冰人克斯托夫(Kristoff)、馴鹿斯特(Sven)的協助與中途出現的雪寶指引下，安娜穿越了深山老林、找到冰宮里的艾莎，期待地表示希望能與姐姐重修舊好。艾莎雖然很高興能看到妹妹，卻依然害怕兒時誤傷安娜的悲劇重演，婉拒了她的好意。但在安娜告訴她阿倫黛爾陷入冰雪之中后，引發了艾莎的恐慌，她了解自己終究造成了破壞，并在轉身時失控釋出一波冰柱打中安娜胸口。當克斯托夫和雪寶上來找安娜后，艾莎為了讓妹妹快點遠離自己，造出了巨型雪怪“棉花糖”(Marshmallow)，將一伙人攆出去，不過心中的陰影因為折磨和自責而擴大，連帶使得冰宮變得更加昏暗和詭異。與此同時，安娜離開冰宮后身體變得越來越虛弱，體溫降低、頭發也變白，克斯托夫帶她去地精部落見佩比，佩比指出安娜胸口內的冰已經置她生命于險地，唯有真愛之舉才能救她，于是兩人急忙踏上回阿倫黛爾的路尋找漢斯。
安娜走后，率領部隊尋找安娜的漢斯已從阿倫黛爾追到艾莎的冰宮外，在眾人與防衛宮殿的棉花糖激戰時，威斯頓公爵的兩名手下突入宮內，準備按照公爵的命令擊斃艾莎，而艾莎則以冰雪當成武器抵抗，幾乎殺死兩人。趕到現場的漢斯要求艾莎放過他們，以免真的變成別人口中的怪物，接著威斯頓公爵手下用弓箭射落大吊燈，讓來不及逃離的艾莎被當場擊昏，押回王國地牢。漢斯接著又到牢內請求她終止寒冬，但艾莎只是承認自己無力解決。此時的安娜被克斯托夫疾速帶回皇宮，認為漢斯的.一吻能解救她的命。然而漢斯根本不愛安娜，當初與安娜交往只不過是為了當上阿倫黛爾的國王，實為政治陰謀。此時漢斯不顧安娜的哀求，決定放任她在房里死去，然后以叛國罪罪名處死艾莎，進而達成奪權野心，但在漢斯來殺艾莎時，她卻釋出冰雪凍裂了手鐐，并得以破墻而出。此時趕到皇宮的雪寶發現了癱軟在地上的安娜，并向她表示克斯托夫已經愛上她，于是兩人決定冒著暴風雪，前去尋找克斯托夫這個僅剩的解藥。
漢斯在凍結的峽灣上追到了逃跑艾莎，騙她說安娜已死，讓深受打擊的艾莎頹然跌坐地上。但就當漢斯準備殺她時，拖著病體到城堡外找克斯托夫的安娜目睹了這一切，連忙用最后的一絲力氣擋到兩人中間，粉碎了漢斯揮下的劍，但自己也凍結成冰。艾莎抱著安娜的冰雕像啜泣，但安娜卻開始融化，因為她在生命垂危時沒有奔向能用真愛療愈自己的克斯托夫，而是自我犧牲地前去拯救即將被殺的艾莎，這個舉動仍構成了真愛的要件，消除了傷害。而艾莎也了解真愛才是主宰冰魔力的關鍵