La acción trasncurre en París en 1910. Una anciana millonaria y excéntrica lleva una vida feliz con sus gatos en su enorme mansión, con la única ayuda de su fiel mayordomo, Edgar. Allí, su blanca gata Duquesa vive con sus tres traviesos cachorros (Marie, Toulouse y Berlioz), sin saber que en realidad el mayordomo planea acabar con todos los gatos para convertirse en el único heredero de la enorme fortuna de la anciana Madame Bonfamille. Decidido a acabar con los gatos, los abandona en un lugar remoto, donde son ayudados por Thomas O'Malley, un atractivo gato vagabundo con mucho mundo a sus espaldas. Desde el principio, O'Malley siente algo especial por la elegante Duquesa, y se propone ayudar a su romántica amiga y a sus cachorros a regresar a casa de Madame Bonfamille, aunque ello suponga enfrentarse con todos los peligros de la gran ciudad. Afortunadamente, cuentan con la ayuda de Scat Cat y sus gatos swing, que añaden un toque de ritmo y diversión en la vida de Duquesa y los cachorros.
