Den forældreløse Lili Daurier (Leslie Caron) slutter sig til et omrejsende tivoli og bliver fortryllet af dets stjerne, den elegante tryllekunstner Marcus the Magnificent (Jean-Pierre Aumont). Men Lili danner et mere betydningsfuldt bånd med dukkeføreren Paul (Mel Ferrer) og hans fire dukker, som hun behandler som rigtige mennesker. Sammen viser Lili, Paul og dukkerne sig at være et populært nummer, men deres succes og lykke trues af Pauls hårde væremåde.