I due anziani fratelli Marilla e Matthew Cuthbert decidono di adottare un ragazzo di 11 anni dall'orfanotrofio, ma Matthew, quando arriva in stazione a prenderlo, si trova di fronte ad Anna, una bambina.

Marilla si dimostra molto ostile verso Anna, che reputa inutile per gli scopi che si erano prefissi. Anna che credeva di avere finalmente trovato una casa, passerà una notte terribile al "Tetto Verde" sapendo che l'indomani sarebbe stata rimandata all'orfanotrofio.

Anna passa l'ultima mattina al "Tetto Verde", ma Marilla è irremovibile: dopo pranzo la donna e la bambina, sotto lo sguardo sconsolato di Matthew, partiranno per riportare la Anna dalla signora Spencer, che l'avrebbe poi rimandata in orfanotrofio.

Durante il viaggio in calesse verso la casa della signora Spencer, Anna racconta a Marilla la triste storia della sua infanzia.

Una volta arrivata dalla signora Spencer, Marilla prende una decisione inaspettata: avrebbe riportato Anna indietro con sé. La bambina, dopo ore di angoscia quasi non crede alla cosa. Anche Matthew che durante tutta la giornata non è riuscito a lavorare per l'ansia, accoglie con sollievo Marilla ed Anna.

La signora Rachel, amica e vicina di Marilla, è sempre stata contraria all'adozione di un ragazzo dell'orfanotrofio e durante una visita al "Tetto Verde" denigra apertamente l'aspetto di Anna che a sua volta reagisce in modo terribile. Marilla sa che Anna è dalla parte della ragione, ma le impone di chiedere scusa. Anna reciterà quindi la parte della povera orfanella pentita, tanto da essere perdonata da una commossa ma alquanto ingenua signora Rachel. Solo l'intelligente Marilla capisce che il pentimento di Anna è solamente una finzione, ma tace.

Anna, che non ha mai ricevuto un'educazione religiosa, dovrà frequentare il catechismo, che però reputa molto noioso. Inoltre si trova molto a disagio con i ragazzi della sua età che incontra per la prima volta e non riesce ad intrattenere con loro un rapporto di amicizia.

Fino ad allora Anna aveva avuto solamente amiche immaginarie, ora finalmente incontra Diana Barry, che diventerà la sua prima vera amica. Le due bambine sigleranno tra loro un solenne giuramento di amicizia perpetua.

Finalmente Anna può giocare cun una bambina della sua stessa età. Un boschetto di betulle diventa la loro casa, che arredano con dei vecchi piatti ed un tavolino costruito da Matthew.

Marilla non trova più la sua spilla di ametista ed incolpa Anna di averla persa. Anna nega, ma Marilla decide di tenerla chiusa in camera sua finché non avrà confessato, mettendo a rischio la partecipazione della bambina al pic-nic del catechismo.

Anna, pur di partecipare al pic-nic finge di confessare di aver fatto cadere la spilla nel "Lago dalle acque splendenti". Marilla è sconsolata: sa che non potrà mai più fidarsi della bambina, ma inaspettatamente la spilla, smarrita per colpa di Marilla, viene ritrovata e la donna che sa di essersi comportata molto male con Anna fa di tutto per farla arrivare in tempo al pic-nic.

Finisce l'estate ed Anna va a scuola. Si trova subito molto bene con le compagne di classe, un po' meno con il maestro che comincia subito a denigrare la scarsa cultura di Anna.

Anna litiga con il suo compagno di classe Gilbert, reo di averla chiamata "Pel di Carota". In seguito il maestro punisce duramente e ingiustamente Anna e la bambina decide di non frequentare più la scuola. Marilla capisce lo stato d'animo di Anna e decide di aspettare che la bambina ritorni a scuola di sua volontà.

Anche se Anna sta a casa da scuola, procede con gli studi e intanto Marilla le insegna a fare i dolci. Gilbert si scusa con Anna delle parole che le aveva rivolto, ma lei continua a non perdonarlo.

In assenza di Marilla, Anna invita Diana a casa sua, ma per errore, invece di offrirle del succo di lampone, offre a Diana del vino facendola ubriacare. La madre di Diana è infuriata e non permetterà più che Anna frequenti la figlia.

Anna ritorna a scuola per poter di nuovo incontrare la sua amica del cuore. Diana ha avuto ordine dalla madre di non parlarle, ma Anna capisce che la loro grande amicizia non è finita.

Una sera d'inverno Diana irrompe a casa di Anna: i suoi genitori sono fuori paese e la sorellina Minnie May è affetta da difterite ed è in fin di vita. Mentre Matthew va alla ricerca disperata di un medico, Anna con la sua grande esperienza in fatto di bambini cura la piccola e riesce a farle superare la crisi. Quando in mattinata arriva il medico, non può far altro che constatare che Anna ha salvato la vita a Minnie May. La signora Barry chiederà scusa ad Anna e permetterà di nuovo alla figlia di frequentarla.

Per il compleanno di Diana, Anna passerà la notte a casa dell'amica e qui farà la conoscenza (alquanto burrascosa) con la zia Giuseppina, che apprezzerà subito il carattere sincero e solare della ragazzina.

È passato un anno da quando Anna è venuta ad abitare al "Tetto Verde". Come regalo di compleanno, Matthew porta Anna a rifare col calesse il medesimo meraviglioso viaggio che un anno prima aveva portato la ragazzina dalla stazione ferroviaria a quella che ora è definitivamente la sua casa.

Anna incontra la signora Hallan, moglie del nuovo pastore e sua nuova insegnante di catechismo e ne rimane affascinata. La donna riesce finalmente a far interessare Anna alla materia e di ciò Marilla è molto contenta.

Il pastore Hallan e sua moglie vanno a pranzo dai Cuthbert ed Anna per l'occasione prepara una meravigliosa torta, ma per errore invece della vaniglia utilizza un medicinale. La torta risulta immangiabile ed Anna è disperata, ma la moglie del pastore riuscirà a consolarla.

La signora Hallan invita Anna per il tè e Anna è contemporaneamente felice e terrorizzata di fare brutta figura. La bambina passa una giornata indimenticabile: ha trovato nella moglie del pastore una nuova confidente e le racconta tutta la sua travagliata infanzia.

A causa di uno stupido gioco, Anna cade dal tetto della cucina di Diana, fratturandosi una caviglia. Marilla vuole molto bene alla bambina, ma è solo a questo punto che, vedendosela riportare a casa svenuta in braccio al padre di Diana, si rende improvvisamente conto che per lei Anna è diventata poco a poco la persona più importante del mondo.

Da qualche giorno Anna non ha più notizie di Diana e comincia a sospettare che l'amica abbia una grave malattia. Anna è ormai disperata quando finalmente Diana ritorna da Charlottetown dove era andata a trovare la zia malata.

La nuova maestra di Anna, la signora Stacie, organizza uno spettacolo per le feste natalizie, ma Marilla, sempre austera, non vede di buon grado che i ragazzi perdano tempo per le prove invece di dedicarsi allo studio.

Matthew vuole regalare ad Anna il tanto agognato vestito con le maniche a sbuffo. Timido e impacciato com'è trova però molte difficoltà a comprare il regalo, fino a che la signora Rachel si offre di cucirne uno. Marilla non approva il regalo perché teme che possa accrescere la vanità di Anna, ma è messa di fronte al fatto compiuto e non può opporsi.

La sera della recita, Marilla vede la sua Anna sul palco con il vestito nuovo regalatole da Matthew e rimane colpita dalla sua bravura nella recitazione e del fatto che stia diventando ormai una ragazza. I due anziani sono orgogliosi della loro bambina, e quella sera stessa, quando Anna è ormai andata a dormire, parlano per la prima volta del suo futuro e di quello che essi possono offrirle.

Anna fonda con alcune compagne di classe il "Club del Racconto", un circolo esclusivo (non sono ammessi i ragazzi, con grande rammarico di Ruby Gillis, una sua grande amica) che ha per scopo la scrittura di racconti, che verranno poi letti e commentati da tutte le associate.

Anna continua ad avere il complesso dei capelli rossi e compra da un venditore ambulante una tintura per capelli che userà con effetti disastrosi. Marilla sarà costretta a tagliarle i capelli, diventati di un terribile colore verde indelebile.

Durante un gioco con le sue amiche Anna si trova da sola intrappolata su una barchetta che lentamente comincia ad affondare nelle acque del "Lago dalle Acque Splendenti". Viene salvata dal tempestivo arrivo di Gilbert, che coglie l'occasione per chiederle scusa per l'ennesima volta, ma anche questa volta l'orgoglio di Anna ha il sopravvento e lei rifiuta l'offerta di pace di Gilbert, che se ne va stizzito ed offeso. Anna si pente subito del suo gesto, ma ormai è troppo tardi.

La zia Giuseppina invita Anna e Diana per qualche giorno a Charlottetown. Al ritorno Anna racconta a Marilla e a Matthew le meraviglie che ha visto e i bei momenti che ha vissuto in quei giorni di vita in città. Ma il momento più dolce della sua vacanza è stato il ritorno al "Tetto Verde", quando ha ritrovato la sua casa e la sua famiglia.

Jarry Barth, l'aiutante di Matthew, fa credere ad Anna che lei ha mangiato una mela avvelenata. Anna è sola in casa e disperata scrive il suo testamento. Al suo ritorno Marilla la convince che si è trattato di uno scherzo di pessimo gusto e le comunica di aver ricevuto la proposta dell'insegnante Stacy di farle frequentare un corso intensivo di preparazione agli esami di ammissione alle scuole superiori.

Anna decide di studiare per superare i difficili esami di ammissione alle superiori, ma la sua inseparabile amica Diana, non troppo portata per gli studi, non vuole partecipare al corso intensivo nonostante il parere favorevole dei genitori. Anna a questo punto sa che prima o poi le loro vite si dovranno separare.

Anna ha ormai 14 anni e si dedica anima e corpo nello studio. Al termine dell'anno scolastico si appresta a passare l'ultima estate della sua fanciullezza, che sta velocemente finendo.

L'estate sta finendo e ormai i giochi di bambini non trovano più alcun interesse in Anna e nelle sue amiche che sono molto più interessate a parlare di ragazzi e del futuro. Quando un giorno d'autunno perfino il "Club del Racconto" verrà sciolto, Anna improvvisamente scoprirà di essere diventata grande.

Siamo in primavera e Anna compie 15 anni. Marilla ama profondamente la ragazza alta, dai grandi occhi intelligenti e un po' pensosa in cui si è trasformata, ma si chiede sempre più spesso, struggendosi di malinconia, dove sia finita quella bambina esuberante, chiacchierona e precoce che tanti anni prima aveva fatto piacevolmente irruzione nella sua vita e in quella di suo fratello Matthew.

Finalmente arriva il giorno dell'esame e l'insegnante Stacy accompagna i suoi allievi all'Accademia di Queen. Le prove durano tre giorni e l'unica preoccupazione di Anna è di non deludere Matthew, che ripone tanta fiducia in lei.

Dopo alcune settimane di trepidazione vengono pubblicati i risultati dell'esame: Anna risulterà prima tra gli studenti di tutta l'isola di Prince Edward, a pari merito con Gilbert Blythe. Inoltre tutto il gruppo di studenti preparato da Muriel Stacy ha superato l'esame ed è stato ammesso all'Accademia di Queen.

Durante l'estate Anna partecipa ad una recita di beneficenza, alla quale è invitata come rappresentante di Avonlea, grazie al brillante risultato conseguito negli esami. Quella che doveva essere una semplice recita di una poesia, si trasforma in un trionfo, con innumerevoli richieste di bis. Gilbert è tra il pubblico: egli è da sempre innamorato di Anna, nonostante lei lo eviti accuratamente, e non nasconde la sua ammirazione.

Un ricco magnate americano presente alla recita vorrebbe adottare Anna. Ma la ragazza rinuncia a tutte le ricchezze che le vengono promesse: il suo posto è al "Tetto Verde" accanto a Marilla e a Matthew, che ormai da tempo considera i suoi genitori.

Ormai sta per iniziare per Anna una nuova esistenza. La sua vita spensierata ad Avonlea è finita per sempre e si deve trasferire a Charlottetown presso una pensione, lasciando per lungo tempo la sua casa. All'arrivo a Charlottetown è subito preda dalla nostalgia, ma le sue amiche l'aiuteranno a superarla.

Anna decide di tentare di vincere la borsa di studio che le permetterebbe di frequentare l'università, ma non dice niente a Marilla e a Matthew per non rattristarli con la prospettiva del lungo distacco durante gli studi universitari. Marilla però scopre le intenzioni di Anna ed è sempre più orgogliosa di lei.

Ad Anna sono state sempre tenute nascoste le precarie condizioni di salute di Matthew, e durante l'inverno il vecchio ha un ennesimo attacco di cuore. La ragazza scopre la cosa e si precipita disperata a casa per sincerarsi delle condizioni di salute del suo Matthew. Marilla sa che il fratello è gravemente malato, ma non vuole distrarre la ragazza dagli studi, che stanno diventando sempre più duri. Si darà quindi da fare per tranquillizzare Anna, che alla fine tornerà sollevata a scuola.

Arriva il momento degli esami finali. Anna, che ha trascorso ogni momento dell'ultimo anno sui libri sa di aver fatto tutto il possibile e quando i risultati vengono pubblicati, scoprirà di essersi diplomata con un punteggio altissimo. Risulterà lo studente più brillante in letteratura inglese e vincerà l'agongnata borsa di studio per l'università. Gilbert, lo studente migliore del corso vincerà la medaglia d'oro.

Iniziano le brevi vacanze di Anna, che le dedica ad aiutare Matthew e Marilla nella raccolta delle mele. Tutta la famiglia farà il viaggio in calesse per trasportare i frutti al frantoio per essere trasformati in sidro: sarà la prima ed ultima volta che faranno un viaggio tutti insieme. La sera Matthew rivelerà ad Anna quanto lui sia orgoglioso di lei, la sua figliola.

Il giorno dopo Matthew legge sul giornale del fallimento della banca in cui ha depositato i suoi risparmi e il suo cuore non regge. Il medico nulla può e a stento Marilla e Anna si rendono conto di aver perso Matthew per sempre. Anna è quasi inebetita dal dolore al punto da non riuscire neppure a piangere fino a che, durante la notte ormai sfinita, finalmente riesce a scoppiare in un pianto dirotto. Marilla dichiara alfine i suoi sentimenti e rivela ad Anna che la ama come fosse sua figlia.

Tutto il paese partecipa ai funerali di Matthew, mite e quasi inosservato da vivo, ma ora tanto importante per tutti. Vedendo il volto di Gilbert, Marilla rammenta il tempo in cui simpatizzava con John Blythe, il padre del ragazzo, prima che il loro rapporto fosse troncato da un litigio. Quando Marilla lo racconta ad Anna, Anna ripensa a quando rifiutò di perdonare Gilbert, esattamente come fece Marilla con John.

Marilla corre il rischio di diventare cieca ed il medico le prescrive riposo assoluto. Anna deve prendere quella che forse è la decisione più importante della sua vita. Capisce che deve ridefinire i suoi desideri e le sue ambizioni, visto che non può lasciare sola Marilla per andarsene lontano a studiare. Rinuncia quindi alla borsa di studio per restare accanto a quella che ormai da tempo è diventata sua madre a tutti gli effetti.

Gilbert rinuncia all'incarico di maestro ad Avonlea per cederlo ad Anna, optando per un posto di lavoro molto più scomodo e lontano. Anna, nel ringraziare Gilbert per quel gesto gentile, riuscirà a parlargli e a chiarire quello che in cinque anni non era mai riuscita a dirgli a causa del suo orgoglio. Il legame di amicizia che era stato reciso tanti anni prima, finalmente si riannoda e forse condurrà anche a qualcosa di più importante.