故事發生在岡山縣倉敷市，午睡公主高中女孩森川心音（高畑充希 配音）與父親桃太郎（江口洋介 配音）相依為命。午睡公主心音最為擅長的午睡公主就是睡覺，無論身處何方，午睡公主隻要她想似乎就隨時可以進入夢鄉。午睡公主不過最近一段時間睡覺讓心音有點兒鬧心，午睡公主因為反反復復她總是午睡公主做同一個夢。而父親似乎隻對改造汽車感興趣，午睡公主對女兒的午睡公主煩惱全然沒有半點察覺。2020年，午睡公主就在東京奧運會召開前三天，午睡公主桃太郎突然被警察逮捕。午睡公主心音堅信父親絕對清白，午睡公主於是午睡公主她找到童年時的好友，正上大學的午睡公主佐渡守生（滿島真之介 配音），結伴前往東京拯救父親。在此途中，女孩不斷從自己的夢中得到啟示，而這些恰恰成為解開父親被捕之謎的謎團。　　因此，心音決定利用自己的睡覺技能，完成這次交織著夢和現實的冒險之旅……