Lilo é uma pequena garota havaiana de 5 anos que adora cuidar de animais menos favorecidos e vive com sua irmã Nani. Lilo tem o costume de coletar lixo reciclável nas praias para, com o dinheiro recebido, comprar comida para peixes e nadar até o alto-mar para alimentá-los. Até que, num belo dia, ela encontra um cachorro e decide adotá-lo. Entretanto, este cachorro na verdade é Stitch, um ser alienígena que é um dos criminosos mais perigosos da galáxia. Stitch foi preso em um planeta distante pela polícia interplanetária, mas ao ser encaminhado para um planeta-prisão consegue escapar, caindo acidentalmente na Terra. Agora, para escapar da polícia que ainda o persegue, Stitch esconde quatro de suas seis pernas e decide se fazer passar por um cachorro comum, desenvolvendo com o tempo um laço de amizade com Lilo.