Los siete hermanos Brown, Simon, Tora, Eric, Lily, Christianna, Sebastian y la pequeña Aggy, posiblemente sean los niños más traviesos que jamás hayan existido. Cuidar de su prole y trabajar en la funeraria local es más de lo que puede hacer su pobre y agobiado padre. Su esposa murió hace apenas un año y su tía Adelaide, una mandona insensible que le ayuda a llegar a fin de mes, amenaza con retirarle la pensión si no se casa dentro de 30 días. El Sr. Brown sabe que si no lo hace, irá a la cárcel por no poder pagar las deudas y prefiere no pensar en el destino reservado a los niños.

Decide no decir nada a sus hijos, pero éstos se enteran y creen que su padre no les quiere lo suficiente para decirles que van a tener una madrastra. Se comportan todavía peor, si cabe, y consiguen, mediante insoportables travesuras, echar a otra niñera. Simon, el mayor y cabecilla, apunta el tiempo que ha durado cada una de las diecisiete niñeras y las travesuras con las que consiguieron echarlas.

Todo el mundo le dice al Sr. Brown que necesita a una niñera muy especial, Nanny McPhee, pero no sabe quién es ni cómo encontrarla. "Nevará en agosto antes de que esto se solucione", le dice la Sra. Blatherwick, la cansada cocinera, a Evangeline, la criada que adora a los niños a pesar de su comportamiento. La familia Brown necesita un milagro, y llega Nanny McPhee.

Una noche, mientras los niños están literalmente destrozando la cocina, el santuario de la Sra. Blatherwick, donde tienen prohibida la entrada, la legendaria Nanny McPhee aparece en la puerta. Es una mujer pequeña de aspecto serio que se hace cómico de tan feo. Tiene la nariz bulbosa, una sola y repulsiva ceja le cruza la frente, dos verrugas peludas decoran su cara, pero lo peor es un tremendo diente salido. El Sr. Brown duda que sea ésta la persona que todos le recomiendan, pero no es capaz de dar respuestas satisfactorias a las preguntas de Nanny McPhee. "¿Dicen gracias y por favor?", le pregunta ella. "¿En qué contexto?", contesta él, sin saber qué decir. Nanny McPhee da su veredicto: "Sus hijos me necesitan". Se dirige a la cocina para enfrentarse por primera vez a los temibles niños Brown que se quedan un poco cortados ante el alarmante aspecto de la buena mujer. Pero deciden ignorarla y "jugar en la cocina toda la noche".

Basta con un golpecito de la varita mágica de Nanny McPhee para que todo cambie. Ya no controlan sus juegos y se dan cuenta de que tendrán que pasarse la noche jugando en la cocina les guste o no, si no piden a Nanny McPhee que les deje parar. Simon se enfrenta a la niñera por no decir "por favor", pero cuando parece que por su culpa "la cocinera hervirá y Aggy volará en pedazos", Simon se rinde y pronuncia la palabra por primera vez. Y lo hace con educación.

En un instante, la cocina está impecable. Ni la cocinera ni Evangeline recuerdan lo que ha pasado ni la magia de la que han sido testigos. Pero los niños sí se acuerdan, y lo más pequeños temen haber encontrado a una contrincante a su medida.

Nanny McPhee entra en la habitación de los niños y se dedican a ponerse motes un poco groseros en vez de decirle sus auténticos nombres. Pero la niñera ya sabe cómo se llaman, y antes de apagar la luz, les dice lo siguiente: "Mientras me necesitéis, pero no me queráis, deberé quedarme. En el momento que me queráis, pero ya no me necesitéis, deberé irme". "Nunca la querremos", contesta Simon, tan desafiante como siempre. "Entonces nunca me iré", le contesta la niñera con tranquilidad, antes de desaparecer escaleras abajo.

En los días siguientes, los niños descubren que cualquier travesura se vuelve en su contra. Nanny McPhee parece divertirse haciéndoles catar su propia medicina. Pero la vida del Sr. Brown se complica aún más con la llegada de tía Adelaide, que ha venido a llevarse a una de las chicas para hacerle compañía. Los niños se enteran y visten a los animales de compañía con las mejores galas de las chicas con la esperanza de que tía Adelaide, una mujer muy miope, se lleve a uno de ellos. Pero la anciana ve a una de las chicas y la atrapa. A los niños no les queda más remedio que pedir ayuda a la mujer que dijo que estaría mientras la necesitasen.

Nanny McPhee reacciona y distrae a tía Adelaide haciendo bailar al asno. Pero alguien deberá acompañar a la anciana cuando se vaya. Todas las chicas Brown se ofrecen, pero Simon salva la situación pidiendo a Evangeline, la criada, que se muere por ser una dama, que acompañe a tía Adelaide. Evangeline acepta; tía Adelaide no se da cuenta de que no es una de sus sobrinas. Las chicas están a salvo y empiezan a comprender que su niñera quizá no sea una enemiga. Además, algo muy misterioso pasa con el aspecto de Nanny McPhee. Las verrugas han desaparecido, la nariz es más pequeña y en vez de una única ceja, ya tiene dos. ¿Quién ha cambiado, ella o la actitud de ellos?

Se acerca la fecha límite para el Sr. Brown y, muy a pesar suyo, invita a tomar el té a la tremenda Sra. Quickly, que bebe los vientos por él hasta el punto de haber intentado conquistarle durante el entierro de su tercer marido. Simon quiere hablar con su padre de la Sra. Quickly, pero como no le hace caso, los niños piden ayuda a Nanny McPhee. Aunque no les ayudará directamente, promete no interferir cuando los niños intenten echar a la viuda.

Llega la Sra. Quickly y empiezan las travesuras: un sapo en la tetera, gusanos en los sándwiches, una tarántula entre sus rizos rubios sólo sirven para acercarla más al Sr. Brown. Al final, la viuda se va enfurecida, convencida de que el Sr. Brown ha intentado seducirla y de que no quiere casarse con ella. El Sr. Brown, desesperado, cuenta la situación a sus hijos. Nanny McPhee dice a los niños que deben encontrar una solución. Van corriendo a casa de la Sra. Quickly para tratar de que vuelva y convencen a su padre de que le pida la mano. Esa noche, el Sr. Brown se disculpa ante sus hijos por no habérselo contado y ellos por haberse portado mal. Vuelven a ser una familia feliz, aunque sólo podrán disfrutar hasta la boda. Nanny McPhee le dice al Sr. Brown que él ha aprendido algo muy importante, a escuchar. Curiosamente, su aspecto ha vuelto a cambiar.

Llega el día de la boda y los Brown se enfrentan a un terrible dilema. ¿Debe realmente el Sr. Brown casarse con la Sra. Quickly? ¿Tendrán los niños una idea brillante? La magia de la niñera y la astucia de los niños da pie a una serie de sorpresas hilarantes, transformando la temida boda en un día glorioso para la familia. Nanny McPhee sabe que ha llegado el momento de irse; los niños la quieren, pero ya no la necesitan.