Live-action do famoso clássico de animação da Disney, Lilo & Stitch conta a história da amizade entre uma jovem menina humana e um alienígena fugitivo que parece um cachorro. Stitch (Chris Sanders), o experimento 626, é um extraterrestre expressivo que é adotado como animal de estimação por Lilo (Maia Kealoha), uma imaginativa e rebelde garota havaiana, e juntos eles descobrem o significado de família. O jeito extrovertido de Lilo mais do que corresponde à energia caótica do pequeno monstro peludo e impulsivo que está sendo caçado pelos agentes da Federação Galáctica Unida. A amizade incomum entre os dois provoca uma série de confusões e problemas até com a assistente social que cuida de Lilo, observando seu bem-estar ao lado da irmã Nani, sua tutora legal desde a morte dos pais.