Agustus "Auggie" Pullman (Jacob Tremblay) adalah seorang anak laki-laki kelas lima yang tinggal di North River Heights di Manhattan. Ia memiliki kelainan bentuk wajah yang sangat langka, yang dikenal sebagai "mandibulofacial dysostosis", yang kemungkinan merupakan sindrom Treacher Collins. Selama operasi wajah, Auggie belajar di rumah dengan metode homeschooling oleh ibunya, Isabel (Julia Roberts), namun ketika Auggie mendekati usia remaja, Isabel dan Nate (Owen Wilson) memutuskan untuk mendaftarkannya di Beecher Prep, sebuah sekolah swasta, untuk masuk ke sekolah menengah. Awalnya, Auggie dikucilkan oleh hampir semua siswanya, namun ia dapat berteman dengan seorang siswa bernama Jack (Noah Jupe) dan mereka semakin dekat ketika tahun ajaran sekolah berganti.
Ketika Halloween, Auggie mengenakan topeng dan kostum Ghost Face lama karena anjingnya, Daisy, melemparkan kostum Boba Fett-nya. Tidak dikenali, ia berjalan keliling sekolah karena ia mengetahui bahwa ia tidak akan diejek saat menyamar. Saat ia berjalan melalui pintu ke wali kelasnya, ia mendengar Jack memberitahu Julian (Bryce Gheisar) bahwa Jack "hanya berpura-pura berteman dengan Auggie" dan Jack akan "bunuh diri" jika Jack terlihat seperti Auggie. Merasa tersinggung dan dikhianati oleh Jack, Auggie memutuskan untuk keluar dari Beecher Prep, namun kakaknya, Via (Izabela Vidovic), membujuknya untuk tidak melakukannya. Auggie kemudian menceritakan kejadian tersebut kepada teman lain, seorang gadis bernama Summer (Millie Davis), namun ia meminta Summer bersumpah untuk merahasiakan hal ini. Ketika Jack memperhatikan bahwa Auggie telah menjadi tenang dan jauh, ia bertanya pada Summer alasannya, namun Summer hanya mengatakan ke Ghost Face untuk memberi sebuah petunjuk. Awalnya, Jack percaya bahwa Auggie hanya menghindarinya tanpa alasan dan menjauhkannya sebagai pembalasan, namun kemudian, ia terkejut saat menyadari bahwa Auggie mengenakan kostum Ghost Face, dan dengan demikian, Auggie telah mendengar semua yang Jack katakan kepada Julian.
Di kelas sains, Auggie dan Jack ditugaskan sebagai rekan dalam sebuah proyek. Ketika Julian bertanya kepada guru apakah ia bisa menjadi rekan Jack, Jack menolak. Namun kemudian, ketika Julian memanggil Auggie dengan sebutan "orang aneh" di lorong sekolah, Jack marah dan memukul wajah Julian. Perkelahian antara Jack dan Julian terjadi dan Mr. Browne (Daveed Diggs) dan Miss Petosa (Ali Liebert) melerai mereka. Mengetahui bahwa Julian kemungkinan akan membuat mereka berdua dalam masalah karena Auggie, Jack menolak memberitahu Mr. Tushman (Mandy Patinkin) apa yang terjadi dan alasannya dan Jack diskors selama dua hari atas tindakannya. Menyesal tentang apa yang Jack katakan pada Julian, Jack meminta maaf kepada Auggie dan keduanya berdamai.
Selama sisa tahun ajaran, Auggie berulang kali diintimidasi oleh Julian dan kelompoknya. Julian dan kelompoknya meninggalkan catatan berisi ancaman di meja Auggie dan menempelkannya pada loker Auggie. Mereka juga menempelkan foto kelas mereka dengan wajah Auggie yang diubah di loker Auggie. Mr. Browne memanggil salah satu teman Julian untuk mencari tahu tentang intimidasi tersebut dan melaporkannya kepada Mr. Tushman. Mr. Tushman kemudian memanggil Julian dan orang tuanya menggunakan semua catatan dan foto kelas yang berubah sebagai bukti. Ibu Julian (Crystal Lowe) menyatakan bahwa sang ibu melihat Auggie mengubah foto itu agar terlihat lebih rapi untuk teman-teman ibu Julian di rumah. Ibu Julian kemudian mengatakan bahwa Beecher Prep tidak boleh menjadi "sekolah inklusif" dan Auggie tidak masuk di sekolah itu, namun terlepas dari ancamannya untuk menarik dana mereka dari sekolah tersebut, Mr. Tushman menskors Julian selama dua hari. Orang tua Julian memutuskan untuk menariknya keluar dari Beecher Prep. Julian, yang kehilangan semua temannya, meminta maaf kepada Mr. Tushman saat ibunya menyeretnya keluar dari pintu.
Sementara itu, Via memutuskan untuk mendaftar ke Drama Club di SMA setelah sahabatnya, Miranda (Danielle Rose Russell), mengabaikannya. Via bertemu dengan Justin (Nadji Jeter). Mereka bersahabat dan menjadi sepasang kekasih. Awalnya, Justin kaget saat pertama kali bertemu dengan Auggie, namun Justin dengan cepat menerima Auggie dan sangat baik padanya. Kemudian, Via terpilih sebagai pemain cadangan untuk peran utama dalam produksi drama "Our Town" di sekolah, namun ketika Miranda, aktris utama, berpura-pura jatuh sakit, Via menggantikannya dan memberikan penampilan yang membuatnya mendapatkan tepuk tangan meriah.
Suatu malam di rumah, Auggie terlibat dalam perselisihan antara Via dan Isabel, dan Auggie masuk ke kamarnya. Via kemudian memberitahu Auggie bahwa Isabel membawa anjing mereka, Daisy, ke dokter hewan karena Daisy sakit dan merintih. Kemudian, Isabel dan Nate kembali dan dengan sedih, mereka memberitahu Auggie dan Via bahwa Daisy memiliki tumor ganas di perutnya dan "harus meletakkannya". Mereka kemudian mengadopsi anjing lain dan menamainya Bear.
Ketika Beecher Prep mengadakan wisata ke cagar alam (di mana Julian tidak ikut) dan ketika Auggie dan Jack didatangi dan diancam oleh sekelompok siswa kelas tujuh dari sekolah lain, beberapa teman Julian datang untuk membela diri. Setelah kembali ke sekolah, Auggie lebih diterima oleh teman-teman sekelasnya, termasuk sebagian besar mantan teman-teman Julian. Pada akhir tahun, saat upacara wisuda, Mr. Tushman mengumumkan bahwa Auggie telah dipilih untuk Medali Henry Ward Beecher yang "menghormati siswa yang telah terkenal atau patut dicontoh di wilayah tertentu sepanjang tahun ajaran". Auggie mendapat tepuk tangan meriah, yang menginspirasi Mr. Browne. Film ini diakhiri dengan pesta perayaan di rumah bersama semua orang (bahkan Julian) yang memuji Auggie dan Isabel menyebut Auggie sebagai "anak ajaib".
