在姨妈家里过暑假，真是一件非常糟糕的事情，哈利·波特不但离开了他的好友，还不得不整天受麻瓜们的折磨。直到他13岁的那天，一切彻底地改变了。那天凌晨，哈利收到了好友赫敏和罗恩送来的生日礼物，他显得非常开心。刚好，从这天开始，玛格姨妈要在这里住一个星期，她惹怒了哈利，于是，哈利一气之下把她变成气球飞上了天。
哈利自己也从姨妈家里逃了出来，他正孤单地在午夜的街上走着时，看见了一条可怕的黑狗。幸好这时一辆魔法世界的骑士巴士及时赶到，救起了哈利，并把他带到了伦敦。在伦敦，哈利度过了一段逍遥快乐的日子，他不仅见到了许多希奇的魔法物品，还完成了自己的论文，奇怪的是，他也遇见了一本名为《死亡预兆》的书，封面就是他离开姨妈家的那天晚上看到的黑狗，一种不祥的预感使哈利觉得会有可怕的事情发生。
暑假快结束的时候，哈利在伦敦也见到了他的两个好朋友，赫敏和罗恩。从他们口中，哈利得知了一件恐怖的事，小天狼星——就是那个传言出卖他父母的恶棍——逃出了阿兹卡班，而且他的目的很可能就是要继续加害哈利。
听说天狼星要加害自己，哈利并没有感到害怕。他在回霍格沃兹魔法学校的列车上，却遇见了真正令他毛骨悚然的怪物——摄魂怪，它是阿兹卡班监狱派出抓捕小天狼星的。而哈利波特每次接触摄魂怪时都会昏倒……幸好，新来的魔法老师卢平教授帮助了哈利。
魔法学校又开学了，来了许多新的同学，哈利也回到了同学和好友当中。新老师新课程使他的生活重新新鲜刺激起来，新的魔法老师卢平的课非常有趣，占卜学却令哈利感到更加害怕，占卜学教授却对他发出可怕的预言，到底“佛地魔的仆人”指的是谁？斯内普还是像以前那样和他作对。有趣的是，海格也当上了老师，教他们饲养一些奇怪的动物。有一天，海格教他们亲近巴克比克(一只庞大凶猛暴躁的鹰头马身兽)，小坏蛋马尔福惹怒了它，于是，巴克比克踢起脚打伤了马尔福。
被巴克比克打伤的马尔福，立刻向魔法部告发海格，他既想取消海格的教师资格，也要对鹰头马身兽巴克比克实施死刑。就在要对巴克比克执行死刑的那一天，哈利、赫敏和罗恩来到了海格的小木屋旁，他们想安慰海格。没有料到，他们在木屋没有找到海格，却发现了一条神秘的黑狗和罗恩的宠物老鼠斑斑。
哈利他们三人好奇跟着黑狗和斑斑，发现他们钻进了一个隐蔽的洞穴里，于是也跟着爬了进去。爬过一段黑暗的路后，哈利他们来到了一间小房子里，顿时惊呆了：屋子里，一个蓬头垢面的人，正与一个矮子和斯内普教授打斗。斯内普教授告诉哈利，那个蓬头垢面的人就是杀害哈利父母的小天狼星。
看见杀害父母的仇人，哈利气愤之下挥起了魔法棒，指向小天狼星。在这个关键时刻，屋外突然冲进一个人，把哈利击倒。这人正是魔法课老师卢平教授，原来，小天狼星并不是杀害哈利父母的人，其实真正的凶手是一直潜伏在罗恩身边的老鼠斑斑，斑斑其实是詹姆和莉莉的另外一个朋友小矮星彼得变的。
原来，在学校的时候，詹姆，小天狼星，卢平和小矮星彼得都是好朋友。由于卢平的狼人身份，另外三个好朋友想办法学会了阿尼玛格斯，就是能把自己变成动物 的一种魔法。詹姆是一只牡鹿（也就是哈利的守护神的样子），小天狼星是一只大狗，小矮星就变成了老鼠。每当月圆之时，卢平变成狼的时候，詹姆和小天狼星就变成牡鹿和大狗和它进行对抗，避免它去伤害别人，而小矮星变成的老鼠跑到打人柳下按住静止开关，以便他们穿过秘密通道到达传说中闹鬼的“尖叫棚屋”，让卢平远离人群，去度过那个难熬的夜晚。一直以来，卢平并没有因为自己是狼人而受到好朋友们的排斥，反之，他一直受到詹姆和小天狼星的保护。而小矮星，一直因为拥有詹姆和小天狼星这样的朋友而受宠若惊，
伏地魔当权之时，所有的凤凰社成员，包括詹姆和莉莉，都转入地下工作。当时，哈利刚刚出生不久。詹姆和莉莉住在高椎克山谷的一个隐秘地点，他们的藏身之处有“赤胆忠心咒”保护者，而他们的好朋友小天狼星成为了他们的保密人。当时的情况非常危险，小天狼星担心自己的保密人身份会被伏地魔所利用，从而对詹姆和莉莉不利。于是，他做出了一个决定，就是让不起眼的小矮星彼得代替他作为詹姆和莉莉的保密人。他以为，小矮星不会引起伏地魔的注意。然而，小矮星的天生懦弱和胆怯，让他对伏地魔屈服了，他出卖了自己的灵魂，成为了伏地魔的仆人。他告诉了伏地魔詹姆和莉莉的藏身之处，詹姆和莉莉被杀害了，小哈利却存活了下来，伏地魔变成一个游魂漂浮在世间。
当小天狼星知道了小矮星背叛的事情以后，快气疯了。他找到了小矮星，要和他决斗。小矮星知道自己都不过小天狼星，就在伦敦的一条大街上，施了一个爆炸咒，炸死了十三名无辜的麻瓜，又切下自己的一根手指，放在爆炸现场，做完这些以后，他变成了老鼠从下水道里逃走了。当魔法部的傲罗赶到现场时，他们理所当然的认为小天狼星畏罪潜逃，又杀死了这么多无辜的麻瓜，他们逮捕了小天狼星。而小天狼星因为失去好朋友的巨大悲痛，和对告密者的巨大仇恨，变得万念俱灰，没有反抗就被投进了阿兹卡班监狱。而小矮星，却被认为是抵抗敌人的英雄，他的那截短掉的手指，成为了他“英雄事迹”的证据。
当哈利终于相信了事情的真相时，他终于明白了小天狼星是忠诚的，并且他还是哈利的教父。当小天狼星和卢平准备杀死小矮星，为詹姆和莉莉报仇时，哈利阻止了，因为他认为小矮星应该受到审判，并且将他的罪行昭告天下，这样小天狼星才可以洗脱罪名。没想到，小矮星却趁乱变成老鼠逃跑了。
小天狼星，卢平，哈利，罗恩，赫敏，以及闻讯赶来，想要抓小天狼星却被哈利击昏的斯内普一起回到城堡，没想到当天正是个月圆之夜，没有喝药水的卢平走到夜空下看见了满月，变成了狼，并且开始攻击变成大狗的小天狼星，小天狼星抵挡不住攻击，倒下了。其余的人都惊呆了。就在这时，摄魂怪来了，成百上千的摄魂怪穿过湖面，来到哈利和倒下的小天狼星身边，远处还有卢平的狼嚎。这时，哈利已经虚弱得无法变出守护神来保护大家，就在摄魂怪要吻哈利的时候，一个人影出现了，变出了守护神，赶跑了摄魂怪，救了所有人。哈利相信，那个人影就是他的父亲，詹姆。
哈利和罗恩，赫敏回到城堡时，邓不利多提醒赫敏可以用时间转换器来拯救“不止一个生命”。哈利和赫敏用时间转换器回到了当天下午早些时候，他们隐藏在海格小屋外面，放跑了巴克比克，让前来行刑的郐子手扑了空。随即，他们又等在打人柳外面，等待着卢平变成狼人，一切都在重演，哈利渴望再次见到那个拯救了他们人影，可是，那个人影迟迟没有出现，这时，赫敏恍然大悟，那个救了他们的人其实就是哈利自己。哈利从而向相信，自己的力量能够帮助自己度过难关。
这时，小天狼星已经被斯内普关了起来，因为真相还没有被大家所认识，小天狼星即将再次被投入阿兹卡班监狱。哈利和赫敏必须抓紧时间再去拯救小天狼星，他们穿过树林找到巴克比克，放出了小天狼星，让小天狼星骑着巴克比克逃走了。
当哈利和赫敏做完这所有的一切回到城堡时，时间正好指向他们通过时间转换器离开的时间。他们成功地做到了，没有被任何人发现却改变了历史。
