主人公・春野はるかは、愛読書の絵本『花のプリンセス』がきっかけで「わたしもプリンセスになりたい！」と夢見る少女。幼少期、同じ幼稚園に通う藍原ゆうきに自身の夢をからかわれ落ち込んでいたところカナタと名乗る謎の少年と出会う。はるかはカナタに「夢を信じる大切さ」を教わり、去り際に夢のお守りを受け取る。はるかは自分の夢と貰ったお守りを大切に持つことをカナタと約束する。時は流れ、中学1年生になったはるかは全寮制の私立ノーブル学園へ入学する。そしてはるかはルームメイトの七瀬ゆいと友達になり将来の夢を語り合っていたが、過去に夢をバカにされたトラウマから自分の夢を言うのを躊躇い森へ逃げてしまう。そして森ではるかはロイヤルフェアリーの兄妹・パフとアロマ、さらに彼らを追っていた闇の勢力ディスダークの三銃士の一人・クローズと出会う。その後ゆいが怪物ゼツボーグにされ、さらに彼女の夢を嘲笑うクローズを見たはるかは「ゆいちゃんの夢はわたしが守る！」と決意し、クローズに毅然と立ち向かう。するとお守りが光り出し、それはアロマたちの世界で闇を打ち砕く存在といわれるプリンセスプリキュアに変身するアイテム・ドレスアップキーだった。はるかはドレスアップキーとアロマが持っていたプリンセスパフュームで「花のプリンセス」キュアフローラに覚醒し、その力でゼツボーグを浄化してゆいを助ける。戦闘後、アロマははるかに「カナタ（プリンス・ホープ・グランド・カナタ）さまはホープキングダムの王子であり、大魔女ディスピアが統べるディスダークに国を支配された際に行方不明になった」と説明し、さらに「ボクたちは3人のプリンセスプリキュアをさがすべくこの世界にやってきた」とも説明する。その状況を酌んだはるかはカナタと国を救うこと、2人の仲間を見つけることを決意する。その後、学園の生徒会長を務め「学園のプリンセス」と慕われている2年生の海藤みなみが「海のプリンセス」キュアマーメイドに、同じ1年生でファッションモデルもこなす天ノ川きららが「星のプリンセス」キュアトゥインクルに覚醒し、ここにプリンセスプリキュアが集結する。3人は「つよく、やさしく、美しく」をモットーに究極のプリンセス、すなわちグランプリンセスを目指すべくプリンセスレッスンパッドに宿るミス・シャムールの指導を受けることになり、それぞれの夢へ向かって奮闘の日々を送る。そしてはるかはゆうきと幼稚園以来となる再会を果たし、さらに行方不明だったカナタとも間接的ながら再会を果たす。その際カナタは「12個のキーを見つけてほしい」と頼み、3人もそれを受け入れ発見に邁進しつつ、三銃士のクローズ・シャット・ロックや彼らが生み出すゼツボーグと戦うことになる。その後、ディスピアから叱責を受け追い込まれたクローズが立ちはだかる。フローラたちはクローズの猛撃に追い詰められるが、その危機を察したカナタから送られたクリスタルプリンセスロッドと学園で見つけたエレガントドレスアップキーを用いた必殺技でクローズを撃破する。しかし、その戦闘に巻き込まれる形でゆいにはるかたちがプリキュアである事を知られてしまう。ゆいは事情を酌み取り、プリキュアにはなれないながらも3人の協力者として行動を共にするようになる。そんなさなか、ディスピアの娘と名乗る「黒きプリンセス」トワイライトが現れる。3人は圧倒的な強さを誇るトワイライトの攻撃に苦戦を強いられるが、負けじとミラクルドレスアップキーとクリスタルプリンセスロッドを用いた新たな必殺技で応戦する。また、3人はカナタに妹のプリンセス・ホープ・ディライト・トワ（通称トワ）がいることを聞き、さらに9個のキーによってホープキングダムへと導かれ、ついにはるかはカナタと直接再会を果たす。その際カナタは「トワが行方不明になった悲しみで夢の大切さを失いかけていたが、はるかが思い出させてくれた」とはるかに感謝の言葉を述べる。その後4人と妖精たちはキーが示した城（はるかとカナタは花の城、みなみとパフは海の城、きららとアロマは星の城）へ赴き、そこで「残されたもう1つのパフュームを守るのです」と先代プリンセスプリキュアの言葉を聞き再びキーが示したホープキングダム城へと急ぐ。そして、4人がそこで見たのはそのパフュームをすでに古城で入手していたトワイライトだった。さらにトワイライトはパフュームをブラックキーで漆黒に染めてロストパフュームを誕生させ、それを用いてブラックプリンセスへと変貌し4人に襲いかかる。しかも彼女が行方不明だったトワと判明する。3人とカナタは背水の陣で挑むブラックプリンセスの猛撃に屈せず説得を試み、ついにトワとしての記憶を蘇らせるとともに洗脳も解き彼女を取り戻す。その後激昂したディスピアの反撃に遭うが、カナタが盾となり食い止める。そして、カナタは「トワを頼む」とはるかたちに託し学園へ強制帰還させる。学園へやって来たトワは幼少期に絶望の森でディスピアに遭遇したことが原因で国が支配されたことを悔いていたが、そこに追ってきたディスピアの唆しに遭い再び捕らわれてしまう。しかし、3人の励ましや「自分の過ちを償いたい」という信念によりトワが「炎のプリンセス」キュアスカーレットに覚醒し、4人目のプリンセスプリキュアが誕生する。そして、カナタのバイオリンから変化したスカーレットバイオリンを用いてディスピアを退却させ、同時にディスダークとトワイライトの過去からも決別を果たす。その後トワはグランプリンセスを目指しつつカナタと国をディスダークから救うことを決意し、はるかたちと親友になりプリンセスプリキュアに加入する。加えて学園にも紅城トワとして1年生に編入し、きららとルーム＆クラスメイトになる。はるかたちとトワは次第に打ち解けていきプリキュアの仲間としても結束を強めていくが、ある時ロックの罠ではるか、みなみ、きららのキーが強奪されてしまい落胆してしまう。しかし、パフが新たなキーの匂いを察知し3人も追いかけていたが途中ではぐれてしまい謎の少女たち（チエリ・ユラ・セイ）と出会う。のちに3人が先代プリンセスプリキュアと判明し、また6人の不安が合わさりチエリたちの記憶の世界にはるかたちが引き寄せられたことも判明する。はるかたちは「絶望しないことが必要」とチエリたちから諭されプレミアムドレスアップキーを授かる。3人が戻ってきた矢先、間髪いれずにロックがゼツボーグ化させたホープキングダム城を従え人間界へ侵攻し猛撃を浴びせるが、はるかたちはそれをかいくぐりキーを無事奪還し、さらに4人の希望の力と16個のキーにより城をプリンセスパレスへと変化させる。その力を用いた必殺技でロックを撃破、そしてロックに憑依されていた妖精クロロを解放する。ドレスアップキーが全て揃い新たな力も手に入れることができた4人だが、そんな矢先にロックの絶望を吸収したクローズが復活を果たし、加えて絶望の種から生み出したストップとフリーズを従え4人の前に再び現れる。さらにクローズは絶望集めを加速させるべく絶望の種を夢ヶ浜にばらまく。そうした最中4人はカナタが夢ヶ浜にいる手掛かりをつかみ、ついに再会を果たすも彼は記憶喪失になっており何も覚えていなかった。そこでカナタの記憶を蘇らすべく、はるかがフローラに変身したりトワが本名を名乗ったりバイオリンを弾いたりするも効果なし。その後4人はカナタの夢と記憶を取り戻す手掛かりを探すことを決意し、カナタも4人やゆいと行動を共にすることになる。その後、クローズは学園の生徒に変装してはるかに近づき、のちに正体を明かして一騎討ちを仕掛ける。そして、クローズとの戦闘に追い詰められボロボロになったはるかを見たカナタが思わず「プリンセスになんてなるんじゃない！」と言ってしまい、それを聞いたはるかはショックのあまり夢の光を失い絶望に陥りフローラへ変身できなくなってしまう。さらに夢ヶ浜が絶望の種とはるかの絶望が合わさって絶望の森へと変貌してしまう。変身できず失意にいたはるかだったが、幼い頃からの夢とそれからの家族や学園で出会った人々との関わりを思い出し、夢と希望を取り戻して再びフローラへと変身するようになる。それを受ける形でカナタも新たに「はるかの笑顔を守る」という夢と希望ができたことにより記憶が戻る。さらにはるかがカナタに贈ったプレゼントがロイヤルドレスアップキーへと変化。それとプリンセスパレスを用いた新たな必殺技でクローズたちを撃退し、絶望の森に包まれた夢ヶ浜も浄化して平穏に戻す。カナタの記憶も戻りトワは兄妹として正式に再会することができ、はるか、みなみ、きらら、ゆい、そして妖精たちも安堵する。しかし、これで終わりではなかった。ロイヤルドレスアップキーの力でホープキングダムへと戻ったトワが絶望の森に覆われた国の惨状を見て憤慨し「ホープキングダムを必ず救う」と決意する。それを察知したディスピアが新たな怪物メツボーグを使役するが、負けじとフローラたちも応戦し撃破する。その後、カナタ・トワ兄妹の信念により古城の奪還に成功しプリキュアの拠点となる炎の城へと変え、更に夢ヶ浜とをつなぐ扉も生成される。これに続ききららは一度の失敗で仕事の信頼を失いプリキュアとの両立が出来ないことを痛感しモデルを休業宣言するも、仲間たちからの励ましを受けて自分が目指すべき夢を再確認しそこに進んでいくと改めて決意、みなみも家業に携わるか新たな夢を選択するか迷い悩んでいたが「夢は変わってもいい、自分がどうしたいかが大切」という仲間たちの後押しを受け、最終的に新たな夢に向かうことを決断、それに呼応する形でそれぞれ星の城と海の城も奪還する。最後にはるかはついに夢だった『花のプリンセス』を叶えたが「何かおかしい」と違和感を覚え、ディスピアとクローズがつくったまやかしだと見抜く。フローラはそれを打破し花の城を奪還、同時にホープキングダムを絶望の森から解放する。さらに4人は「つよく、やさしく、美しく」の真意を悟りグランプリンセスへと近づく。あとは絶望の扉にいる国民を絶望の檻から解放するのみとなる。だが、ディスピアは次の手として夢ヶ浜と人々を絶望に染めるべく幹部らを総動員し、自らも学園を乗っ取る。はるかたちは夢ヶ浜と学園を守るべく生徒や教師の前でプリキュアに変身して正体を明かし、ディスダークを滅亡させるべく最後の戦いへおもむく。ディスピアはロックを復活させ刺客として送り込む。フローラたちはロックの猛撃に苦戦するが、謀反したシャットの加勢によりシャットを組織から離反させる。それを見たディスピアはクローズらを吸収してついに正体を現し、容赦ない猛撃で4人を絶望の底へ叩き落す。しかし学園全員の応援、カナタと妖精たちの援護、シャットと（クロロに助力した）ロックの援助により4人は再起し、さらにグランプリンセスへと覚醒し立ち向かう。そして、すべてのドレスアップキーの融合により誕生した黄金色に輝くゴールドキーを用いた必殺技でディスピアを撃破する。しかしディスピアの最後の力を受け継いだクローズによって再び絶望の茨が張り巡らされようとされる。フローラはそのクローズに対話しようと単身立ち向かうが、クローズは「絶望はいつでも復活する」と告げる。それを受けてはるかは夢と絶望は表裏一体である事、苦しいことや絶望があるからこそそれを乗り越えることで夢に進めることを悟り、受け入れることを告げた。クローズは敵わないとばかりにフローラを戦うことを止め、「お前らが絶望したらまたやってくる」と言い残し去っていった。こうして戦いも終わりゴールドキーによって絶望の扉が開けられ、ついに夢ヶ浜とホープキングダムに真の平和が訪れた。そしてトワは幼少期以来となる両親と感涙の再会を果たし、それを見たカナタとフローラたちも涙をこぼす。フローラ・マーメイド・トゥインクル・スカーレットの4人はディスダークという「大いなる闇」を滅亡させた救世主となったが、それは戦いの終わりとドレスアップキーが役目を終え眠りにつく、そして人間界とホープキングダムとの行き来が閉じられ、それはカナタやトワ、妖精たちと別れることを示していた。修了式の日にゆいを含めた5人と妖精たちで最後のティータイムを過ごし、トワたちは4人との惜別を堪えつつホープキングダムへと戻り、きららはパリへと旅立っていった。新学期になり、ゆいは物語を書き続け、みなみはあすかのもとで海洋学を学び、きららはボアンヌのもとでモデルの仕事をはじめる。カナタとトワは平和になったホープキングダムで王族としての責務を果たそうとしていた。はるかは一時だけ再会出来たカナタと語り「信じていればまた再会出来る」といつかまた再び会えるよう約束しつつ、さらなる夢へ向かっていくことにした。時は流れ、大人になったはるかはゆいが描いた絵本を読んでいた少女に気づき、少女が母親に問いかける光景を目にする。そして、「心には誰もが鍵を持っている」と透明のドレスアップキーを持ちながらかつてプリキュアとして過ごした日々を思い返し、遠く離れそれぞれの場所で活躍する仲間たちに思いをはせるのだった。「夢は咲きほこり、澄みわたり、きらめき、そして希望満開にあふれるス・テ・キすぎるもの！」と願って…。