Matilda Wormwood es una joven extraordinariamente brillante. A una edad temprana, puede resolver problemas matemáticos complejos en su cabeza y leer libros destinados a adultos. Lamentablemente, sin embargo, Matilda ha crecido con padres que no le brindan la atención y el amor que se merece. El Sr. y la Sra. Ajenjo y su hijo, Michael, son bastante diferentes de Matilda, prefiriendo ver televisión que leer libros. No la comprenden y, a menudo, la tratan mal.
En lugar de sentirse desesperada, Matilda juega una mala pasada a su familia para vengarse de ellos por la forma en que la tratan, reemplazando el tónico para el cabello de su padre con tinte para el cabello platino y usando un loro para convencerlos de que su casa está encantada. Estos trucos le dan a Matilda algo de agencia y distraen a sus padres para que no la maltraten.
Matilda comienza la escuela tarde para una niña de su edad y se ubica en la forma más baja en la escuela primaria Crunchem Hall. La maestra de Matilda, Miss Honey, es una mujer maravillosa y dulce, y ella reconoce de inmediato la inteligencia de Matilda y busca llevarla a la forma más alta, donde pueda maximizar su potencial. Sin embargo, desafortunadamente, Crunchem Hall está dirigido por una mujer terrible llamada Miss Trunchbull. Ella es maciza y musculosa, habiendo sido una ex atleta olímpica de Gran Bretaña. Ella detesta absolutamente a los niños y trata a los estudiantes horriblemente, manteniéndolos en línea con castigos terribles como el «Chokey», un armario delgado con paredes hechas de clavos donde los estudiantes tienen que permanecer erguidos durante horas cuando se portan mal.
La señorita Trunchbull no moverá a Matilda a la forma más alta, por lo que la señorita Honey la mantiene en su clase, dándole libros avanzados para estudiar mientras el resto de la clase aprende lecciones básicas. Hace todo lo posible para nutrir la mente de Matilda y permitirle aprender cosas nuevas. Mientras tanto, Matilda rápidamente se hace amiga de los otros estudiantes de la escuela y aprende cómo resisten el terror de la señorita Trunchbull. El pico de las horribles payasadas de la señorita Trunchbull se alcanza cuando ella convoca una asamblea de toda la escuela y hace que un niño llamado Bruce Bogtrotter se coma un pastel de chocolate gigante entero delante de todos como castigo por robar una rebanada de ella. Para su sorpresa, lo hace sin enfermarse ni renunciar, una pequeña victoria de los estudiantes contra ella.
La señorita Trunchbull entra a la clase de la señorita Honey durante un período cada jueves para hacerse cargo, y aterroriza a los estudiantes con preguntas difíciles de matemáticas y ortografía y los castiga con abuso físico cuando no pueden responder. Lavender, la amiga de Matilda, que busca vengarse de la señorita Trunchbull, mete un gran tritón en su vaso, haciendo que la señorita Trunchbull se ponga frenética. La señorita Trunchbull culpa a Matilda por colocar el tritón allí, a pesar de que ella no lo hizo, y Matilda se enoja tanto que una peculiar sensación de poder se apodera de ella y logra derribar el vaso de agua con su mente, vertiendo el tritón sobre la señorita. Pecho de Trunchbull.
Matilda está asombrada y asustada por su nuevo poder, y cuando se lo demuestra a la señorita Honey, la maestra la invita a volver a su cabaña para hablar. Matilda se queda perpleja cuando ve la cabaña de la señorita Honey, un lugar diminuto y escaso difícilmente apto para vivir. Miss Honey le cuenta la historia de su vida a Matilda: sus padres murieron cuando ella era joven, dejándola al cuidado de su cruel tía, quien la ha acosado y obligado a trabajar desde entonces. Esta terrible tía se queda con casi todos los centavos del salario de la señorita Honey, por lo que no puede permitirse vivir en otro lugar que no sea esta pequeña choza. Por fin, la señorita Honey revela quién es en realidad esta tía: la señorita Trunchbull.
A Matilda se le ocurre un plan para vengarse de la señorita Trunchbull y ayudar a la señorita Honey. Ella perfecciona su poder hasta que puede hacer que los objetos se muevan en el aire a su voluntad, y luego, la semana siguiente, cuando la señorita Trunchbull entra para enseñar su clase, hace que la tiza se mueva por sí sola y escriba un mensaje ominoso para la señorita Trunchbull. La señorita Trunchbull cree que el mensaje proviene de Magnus, el padre fallecido de la señorita Honey. Presa del pánico, ella desaparece, se muda de su casa y abandona Crunchem Hall.
Cuando el testamento de Magnus aparece misteriosamente, se revela que su casa perteneció a la señorita Honey todo el tiempo, al igual que los ahorros de toda su vida. Ella se muda de inmediato y Matilda es una visitante frecuente. Con la nueva directora, Matilda asciende a la forma más alta, donde descubre que debido a que su mente se ve desafiada por el trabajo duro, ha perdido la capacidad de telequinesis. Ella habla de esto con la señorita Honey, pero decide que no le importa que se haya ido.
Cuando regresa a casa ese día ve a sus padres y a su hermano en un frenesí, empacando para mudarse a España porque su padre finalmente ha sido atrapado por estar involucrado con criminales que venden autos robados. La señorita Honey se ofrece a adoptar a Matilda para que pueda quedarse y vivir con ella, y los padres de Matilda, que nunca se preocuparon realmente por ella, están de acuerdo con el plan.