A la suite de la tentative d'assassinat de la belle Mathilde, fille du célèbre Professeur Stangerson, le jeune reporter Joseph Rouletabille, accompagné de son ami et photographe Sinclair, se rend au château du Glandier pour élucider le mystère.

Largement autobiographique, le film raconte l'enfance difficile d'Antoine Doinel, interprété par Jean-Pierre Léaud, ses relations avec ses parents, ses petits larcins qui lui vaudront d'être enfermé dans un centre pour mineurs délinquants.

À la fin des années 50, Antoine Doinel, 14 ans, vit à Paris entre une mère peu aimante et un beau-père futile. Il plagie la fin de La Recherche de l'absolu lors d'une composition de français. Le professeur lui attribue la note zéro au grand désarroi d'Antoine, qui en fait se rappelait involontairement du passage qu'il avait lu récemment.

Antoine Doinel éprouve une admiration fervente pour Balzac. Il lui a consacré un autel, une bougie éclaire un portrait de l'écrivain et met le feu à un rideau, provoquant la colère de ses parents. De plus, malmené par un professeur de français autoritaire et injuste, il passe, avec son camarade René, de l'école buissonnière au mensonge. Puis c'est la fugue, le vol d'une machine à écrire et le commissariat. Ses parents, ne voulant plus de lui, le confient à l'« Éducation surveillée ». Un juge pour enfants le place alors dans un Centre d'observation où on le prive même de la visite de son ami René. Profitant d'une partie de football, Antoine s'évade. Poursuivi, il court à travers la campagne jusqu'à la mer et se retourne vers la caméra.