Les personnages principaux du film sont la famille des chats - le chat de la duchesse et ses trois adorables enfants: Marie, Toulouse et Berlioz. Leur propriétaire est une riche dame Adélaïde, qui aime beaucoup ses frais. Un jour, elle ramène un avocat à la maison et rédige un testament selon lequel ses chats hériteront de toute sa fortune, et ce n'est qu'après leur mort que ses biens et sa maison seront donnés à son petit majordome intelligent, Edgar. En apprenant la volonté, il se débarrasse des chats, de les abandonner dans la campagne française. La famille de chats rencontre Thomas O'Malley, un vagabond indépendant, qui décide de les aider à retourner chez leur propriétaire. De nombreuses aventures les rencontrer sur le chemin du retour. Quand ils atteignent enfin Paris, Edgar avide décide d'empêcher les chats de rencontrer Adelaide dans leur propre maison. Elle appelle un camion et veut envoyer la famille des chats à Tombouctou. Roquefort, Thomas O'Malley et ses amis viennent à la rescousse. En raison de leurs actions, Edgar est envoyé à Tombouctou, et les chats retour à la maison et le propriétaire. Thomas et Duchessa tombent amoureux et vivent avec leurs enfants dans la maison d'Adélaïde, qui a décidé de créer une fondation pour tous