Džeikam Portmenam (Eisa Baterfīlds) jau no mazotnes viņa vectēvs Eibs stāsta stāstus par to, kā viņš jaunībā cīnījies ar monstriem un dzīvojis Velsā Mis Peregrīnas namā brīnumbērniem. Džeiks saņem satrauktu zvanu no vectēva, tādēļ dodas uz viņa māju un atrod vectēvu bez acu āboliem. Pirms miršanas vectēvs liek viņam atrast 1943. gada 3. septembra cilpu. Terapeita mudināts Džeiks un viņa tēvs Frenks dodas uz Velsu meklēt noslēpumaino māju, taču uzzina, ka tā ir iznīcināta gaisa uzlidojumos. Džeiks caur portālu nokļūst citā pasaulē un iepazīstas ar mis Peregrīnu, kura pastāsta, ka viņi eksistē slēgtā laika cilpā, kas ir diena pirms nams tika iznīcināts. Viņa paskaidro, ka namā dzīvo brīnumbērni ar neparastām spējām. Mis Peregrīna, kad to vēlas, var pārvērsties par putnu. Vēl ir tādi bērni, kuri var manipulēt gaisu, kontrolēt uguni un atdzīvināt mirušos. Viņi dzīvo noslēgtībā, slēpjoties no mutētajiem brīnumbērniem, kuri var atjaunot savu cilvēcību, tikai apēdot brīnumbērnu acis. Tos vada Berons, kurš maina veidolu un kurš radījis mutētos brīnumbērnus, meklējot nemirstību. Džeiks atklāj beigtus ķermeņus, kuriem trūkst acu, un saprot, ka mājā ir iemitinājušies mutētie bērni. Mis Peregrīna nolemj, ka viņiem nams ir jāpamet. Džeiks atgriežas savā pasaulē un satiek ornitologu, kurš veic pētījumus grāmatai par putniem. Atklājas, ka viņš ir Berons un ka arī Džeika terapeits ir bijis Berons, kas piemānījis Džeiku, lai tas palīdzētu atrast Mis Peregrīnas namu. Berons sagūsta Peregrīnu putna veidolā, bet bērni ir ieslodzīti cilpā kopā ar nežēlīgo mutantu, kurš cenšas tos iznīcināt. Bērniem izdodas izbēgt, taču cilpa bez Mis Peregrīnas sabrūk. Bērni dodas glābt mis Peregrīnu, un sākas cīņa starp brīnumbērniem un Berona pakalpiņiem. Berons cenšas piemānīt bērnus, taču viņš galu galā iet bojā. Bērni dodas atpakaļ uz 1943. gadu, lai mis Peregrīna varētu atkopties no ievainojumiem. Džeiks atgriežas 2016. gadā un atklāj, ka vectēvs ir dzīvs.