Amélie, une jeune serveuse dans un bar de Montmartre, passe son temps à observer les gens et à laisser son imagination divaguer. Elle s'est fixé un but : faire le bien de ceux qui l'entourent. Elle invente alors des stratagèmes pour intervenir incognito dans leur existence.
Le chemin d'Amélie est jalonné de rencontres : Georgette, la buraliste hypocondriaque ; Lucien, le commis d'épicerie ; Madeleine Wallace, la concierge portée sur le porto et les chiens empaillés ; Raymond Dufayel alias "l'homme de verre", son voisin qui ne vit qu'à travers une reproduction d'un tableau de Renoir.
Cette quête du bonheur amène Amélie à faire la connaissance de Nino Quincampoix, un étrange "prince charmant". Celui-ci partage son temps entre un train fantôme et un sex-shop, et cherche à identifier un inconnu dont la photo réapparaît sans cesse dans plusieurs cabines de Photomaton.