Akcja filmu toczy się w 1910 w Paryżu[2]. Bogata dama Adelajda jest właścicielką kotki Duchessa i trójki kociąt: Marie, Toulouse’a i Berlioza. Pewnego dnia sprowadza do domu zaprzyjaźnionego adwokata Georges Hautecourta, by spisać testament, według którego całą jej fortunę odziedziczyć mają jej koty, a dopiero po ich śmierci majątek i dom mają przypaść jej mało inteligentnemu kamerdynerowi, Edgarowi. Ten, dowiedziawszy się o zapisie testamentu, usypia koty i porzuca je na wsi, wcześniej umykając dwóm psom – Napoleonowi i Lafayette’owi[3].
Kocia rodzina poznaje Tomasza O’Malleya, kocura wagabundę żyjącego na własny rachunek, który jest zauroczony Duchessą z wzajemnością. Postanawia pomóc jej i kociętom wrócić do właścicielki zamartwiającą się ich nieobecnością. Tymczasem o intrydze Edgara dowiadują się klacz powozowa Frou Frou i zaprzyjaźniona z kotami mysz Roquefort. Edgar obawia się zdemaskowania, jako że porwanie kotów zostało odnotowane w gazetach i planuje wrócić tam, gdzie zostawił koty, by pozbyć się ewentualnych dowodów. Koty w drodze do domu spotyka wiele przygód[3].
Tomasz podczas ratowania Marie z rwącej rzeki zostaje porwany przez prąd wody. Ratują go dwie brytyjskie gęsi Abigail i Agatha, które są na wakacjach i kierują się do Paryża, by spotkać z ich wujem Waldim. Gdy wszyscy tam docierają, spotykają się z pijanym Waldim przy Le Petit Cafe, gdzie miał zostać przeznaczony na pieczeń. Gęsi odchodzą w swoją stronę[3].
Tej samej nocy, po kolejnej walce z Napoleonem i Lafayettem, którzy zrobili łóżka i inne rzeczy z rzeczy, Edgar ucieka ze swoimi rzeczami, eliminując w ten sposób wszelkie dowody swojego występku[3].
Tomasz, widząc zmęczenie kociąt, decyduje się przenocować je i ich matkę w swoim mieszkaniu. Z wizytą do Tomasza przybyli także jego znajomi koci muzycy – Scat-kot, chiński Shun Gon, angielski Hit-katt, włoski Peppo i rosyjski Billy Boss. Prezentują Duchessie i kociętom muzykę swingową, co się rozwija w imprezę na część alei. Gdy kocięta idą spać, Tomasz wyznaje miłość Duchessie i chęć wspólnego życia. Duchessa niechętnie odmawia, głównie z powodu lojalności wobec Adelajdy. Podsłuchujące kocięta są również rozczarowane, gdyż Tomasz chce zostać ich ojcem[3].
Edgar świętuje sukces, lecz jego radość mija, gdy Tomasz odprowadza Duchessę z kociętami pod dom Adelajdy. Edgar nie chce dopuścić do spotkania kotów z Adelajdą, dlatego je więzi. Roquefort dostaje od nich informacje, by wezwał na pomoc Tomasza. Roquefort znajduje Tomasza, który każe mu wezwać zespół Scat-kota. Edgar z kolei dzwoni po ciężarówkę i chce wysłać kocią rodzinę do Timbuktu. Z pomocą przychodzi Tomasz i Frou Frou. Roquefort w porę przybywa z przyjaciółmi Tomasza i w wyniku ich działań to Edgar zostaje wysłany do Timbuktu, a koty wracają do domu. Tomasz zostaje partnerem życiowym Duchessy i zamieszkuje z nią i kociętami u Adelajdy, która postanowiła założyć fundację dla bezdomnych kotów z Paryża[3].