Awal cerita:

Film dimulai ketika Harry Potter (diperankan oleh Daniel Radcliffe) kembali ke Hogwarts untuk tahun kedua sebagai siswa sihir. Namun, sebelum dia pergi, dia menerima ancaman misterius yang mengatakan bahwa "Chamber of Secrets" akan terbuka lagi dan bahaya akan mengintai di sekolah tersebut.

Pertengahan cerita:

Ketika Harry tiba di Hogwarts, dia menyadari bahwa sesuatu yang aneh sedang terjadi. Siswa-siswa dan staf sekolah diserang oleh makhluk tak dikenal yang meninggalkan bekas taring di tubuh korban. Kemudian, teman baik Harry, Ron Weasley (diperankan oleh Rupert Grint) mendapat masalah dengan tongkat sihirnya yang rusak, sehingga dia tidak dapat mengikuti pelajaran dengan baik.

Harry kemudian menemukan diari tua yang misterius milik Tom Riddle (diperankan oleh Christian Coulson), seorang mantan siswa Hogwarts yang diyakini terkait dengan Chamber of Secrets. Bersama-sama dengan teman sekelas Hermione Granger (diperankan oleh Emma Watson), mereka mengungkap petunjuk-petunjuk yang mengarah pada kamar rahasia tersebut.

Ketika Hermione juga menjadi korban serangan, Harry dan Ron memutuskan untuk memasuki Chamber of Secrets untuk menghentikan ancaman yang mengintai sekolah. Mereka menemukan pintu masuk ke Chamber of Secrets yang tersembunyi di dalam pipa saluran air Hogwarts.

Akhir cerita:

Di Chamber of Secrets, mereka menemukan Tom Riddle yang ternyata adalah sosok yang dihidupkan kembali dari diari tersebut. Tom mengaku sebagai pewaris Slytherin yang ingin membersihkan Hogwarts dari semua "darah campuran" (seseorang dengan keturunan sihir non-murni). Tom mengendalikan monster legendaris bernama Basilisk yang mengancam para siswa dan staf Hogwarts.

Dalam pertempuran sengit, Harry berhasil mengalahkan monster tersebut dan menghadapi Tom Riddle. Dengan menggunakan kecerdasan dan keberanian, Harry berhasil mengalahkan Tom dan menghancurkan diari itu, sehingga mengakhiri ancaman Chamber of Secrets.

Film berakhir dengan Harry yang diberikan penghargaan oleh Profesor Dumbledore (diperankan oleh Richard Harris) atas keberanian dan dedikasinya dalam menghadapi bahaya di Hogwarts. Dia juga menerima hadiah dari Dobby, seorang elf rumah yang membantunya sepanjang film. Teman-teman Harry, Ron, dan Hermione menyatakan kelegaan atas penyelamatan sekolah dari ancaman Chamber of Secrets, dan film berakhir dengan mereka yang siap menghadapi petualangan baru di tahun sekolah sihir berikutnya.