Heidi, die im Säuglingsalter nach dem Tod ihrer Eltern Tobias und Adelheid zur Waise wurde, wird von ihrer Tante Dete aufgezogen. Im Alter von fünf Jahren bringt Dete Heidi zu ihrem zurückgezogenen Großvater väterlicherseits, der im Dorf als Alm-Öhi bekannt ist, in seine Berghütte in der Nähe des Schweizer Dorfes Dörfli. Obwohl die Dorfbewohner den Großvater aufgrund von Gerüchten über seine Vergangenheit fürchten, mildert Heidis angeborene Fröhlichkeit, Intelligenz und freie Natur allmählich sein Wesen, wodurch eine tiefe Bindung zwischen ihnen entsteht.

Heidi gedeiht in der alpinen Umgebung, verbringt ihre Tage draußen mit Peter, einem elfjährigen Geißenhirten, und freundet sich mit seiner Familie an, einschließlich seiner blinden Großmutter. Der Wunsch der Großmutter, Psalmen vorgelesen zu bekommen, wird später von Bedeutung sein. Aufgrund der isolationistischen Ansichten ihres Großvaters und seiner Weigerung, eine formale Bildung zuzulassen, bleibt Heidi in ihren frühen Bergjahren Analphabetin.

Drei Jahre später kehrt Dete zurück und täuscht Heidi vor, sie unter dem Vorwand, Geschenke zu holen, nach Frankfurt zu begleiten. Dort wird Heidi zur Gefährtin von Klara Sesemann, einem reichen Mädchen, das aufgrund einer Krankheit an den Rollstuhl gefesselt ist. Während Heidi und Klara eine echte Freundschaft entwickeln, leidet Heidi unter der strengen Aufsicht der Gouvernante Fräulein Rottenmeier, die Erwähnungen von Heidis alpiner Heimat verbietet. Starkes Heimweh führt zu einem gesundheitlichen Verfall Heidis, der sich in Schlafwandeln äußert, das für Geistererscheinungen gehalten wird.

Klaras Großmutter, Frau Sesemann, erkennt Heidis Not. Mit biblischen Geschichten bringt sie Heidi das Lesen bei und ermöglicht ihr so Alphabetisierung, wo Tutoren versagt hatten. Ein Arzt greift ein, diagnostiziert schweres Heimweh und ermöglicht Heidis Rückkehr in die Alpen. Ihre wiedergewonnene Freude und die neu erlernte Fähigkeit, Peters Großmutter vorzulesen, bewirken eine emotionale Wandlung ihres Großvaters; er nähert sich dem Dorf wieder an, repariert ein Winterhaus für sie und sorgt dafür, dass Heidi zur Schule geht.

Später besucht Klara auf Anraten des Arztes die Alpen. Heidis Bergleben erweist sich als therapeutisch. Als Peter in einem Anfall von Eifersucht Klaras Rollstuhl zerstört, ist Klara gezwungen, das Gehen zu üben. Mit Unterstützung von Heidi, Peter und dem Großvater gewinnt Klara allmählich ihre Mobilität zurück, was die Freundschaft der Mädchen stärkt und in Klaras Versprechen mündet, jährlich wiederzukehren.

Äußerlich hat Heidi kurze dunkle Haare, rosige Wangen und helle Haut. In den Bergen trägt sie praktische Kleidung wie eine rote Weste und einen Rock, oft barfuß. In Frankfurt trägt sie formellere Kleidung wie helle Kleider mit Schürzen. Ihr Charakter verkörpert Widerstandsfähigkeit, Freundlichkeit und eine tiefe Verbindung zur Natur, die durch ihren unerschütterlichen Geist und ihre Fähigkeit zur Freude ihr Umfeld tiefgreifend beeinflusst.

Heidi