Nội dung phim Khu Rừng Thần Bí: Đột nhiên những điều kỳ lạ xảy đến với gia đình Grace [gồm anh em song sinh Jared và Simon, chị gái Mallory và mẹ chúng] ngay khi họ vừa rời New York, trở về ngôi nhà cũ kỹ hẻo lánh của cụ cố Arthur Spiderwick. Do đám trẻ không thích thú gì với lần di dời này, chúng bắt đầu tự thích nghi với hoàn cảnh theo cách riêng của mình. Simon, cậu nhóc có tính cẩn thận hơn trong hai anh em sinh đôi, thì tìm hiểu ngôi nhà có vẻ khác thường này. Mallory thì tập luyện chuẩn bị cho bài tranh luận ở trường. Còn Helen tìm việc làm ở thị trấn gần đó. Riêng Jared đã nhận thấy những điều kỳ lạ đang diễn ra quanh ngôi nhà và tiến hành tìm hiểu.
2
Bộ phim mở ra với cảnh Jared, Simon và Mallory Grace đi vào Spiderwick Estate với người mẹ, có sự cho phép của Lucinda, hậu duệ của Arthur Spiderwick. Bà Grace vừa ly hôn nên muốn gia đình bắt đầu cuộc sống mới. Jared không đồng tình với mẹ nên thường kiếm chuyện gây gỗ trong gia đình.
Buổi sáng đầu tiên sống trong ngôi nhà, chuyện kỳ lạ đã xảy ra. Bà Grace mất chùm chìa khóa xe, còn Mallory thì mất một huy chương. Cả hai nghi “kẻ quấy rối” Jared chính là thủ phạm. Về phần Jared cậu nghe thấy những tiếng động lạ sau những bức tường. Tò mò, cậu đã chọc thủng tường và tạo những cái lỗ trên lớp vữa. Mallory làm theo và khám phá ra một dumbwaiter [công cụ tải hàng] chứa nhiều món khác nhau, trong đó có cả những thứ gia đình vừa mất. Trong khi dọn dẹp dumbwaiter, Jared tìm được một chiếc chìa khóa đặc biệt [monogrammed key]. Qua nó, cậu khám phá ra căn phòng nghiên cứu của Arthur, và trong phòng có một cái rương. Jared mở chiếc rương bằng chiếc chìa khóa và phát hiện ra cuốn sách hướng dẫn [Field Guide] của Arthur, có kèm theo khuyến cáo không nên đọc nó. Sau khi một vật vô hình đánh cắp hụt cuốn sách, Jared đem giấu nó trong chiếc tủ an toàn và mở niêm phong cuốn sách. Ngay lúc đó cậu tạo ra một làn sóng bí ẩn đi từ căn nhà. Không nghe lời khuyên, chờ đến đêm Jared đọc cuốn sách và nghe tiếng thét của Mallory. Có ai đó đã cột tóc cô vào tấm ván đầu giường. Lập tức, Mallory và bà Grace đổ lỗi cho Jared, bất chấp việc cậu khăng khăng là mình không làm. Rồi Jared gặp một con yêu tinh lương thiện tên Thimbletack để nghe nó giải thích về những sinh vật dù vô hình nhưng lại có khả năng hiện hình nếu muốn. Con ma tiết lộ cho Jared về vòng tròn bảo vệ Arthur đặt quanh ngôi nhà, rồi giao cho cậu một viên đá có cái lỗ ở trong. Bằng việc nhìn qua cái lỗ, Jared có thể thấy khu rừng thần bí. Sau đó, bọn yêu tinh của Mulgarath nhận lầm Simon là Jared nên bắt cóc cậu ta. Jared gặp Hogsqueal, một con yêu thích loài chim một cách lạ lùng có khả năng tự phân chia đôi mắt để nhìn vào khu rừng thần bí, mà không cần qua cái lỗ trong hòn đá.
Cặp song sinh tìm cách về nhà với sự giúp đỡ của Mallory. Simon làm cho bọn yêu tinh phân tâm để Jared và Mallory trốn đi trước. Thoát trong gang tấc khỏi cái bẫy bọn yêu giăng ra, bọn trẻ tìm đến bà cô Lucinda xin lời khuyên. Lucinda cho biết, chỉ có một người có thể giúp được họ, đó là Arthur. Theo bà thì khi bọn yêu tinh tấn công, cha bà đã được các Sylphs cứu. Tuy nhiên, Sylphs không cho phép kiến thức trở lại với ông. Lucinda bảo bọn trẻ nên tìm cha cô để nhờ ông hủy cuốn sách. Nhưng bọn trẻ bị bọn yêu tinh của Mulgarath tấn công và lấy đi nhiều trang sách. Khi bọn yêu tinh lên đường, bà Grace đến để đưa bọn trẻ về nhà.
Trong khi đó, Simon, được Thimbletack giúp đỡ, đã bỏ ra chút thời gian đổ đầy sốt cà chua vào những túi nhựa, có tác dụng như acid để đốt cháy bọn yêu tinh. Khi Jared và Mallory trên đường trở về, chúng dùng cuốn sách để gọi Griffin, con thú cưng của Arthur đến, để đưa chúng tới vương quốc của các Sylphs. Tại đây, bọn trẻ gặp Arthur, kẻ không biết đến tuổi già, nhưng cũng không ý thức được thời gian sống ở đây. Thoạt đầu ông cười vào ý tưởng phá hủy cuốn sách,nhưng đổi ý khi Jared kể lại việc ông và Lucinda đã thất lạc nhau như thế nào. Thimbletack kịp tráo cuốn sách. Trong khi ngoài bìa giống nhau, những trang bên trong cuốn sách tráo là chỉ dẫn nấu ăn. Arthur một mặt báo cho bọn trẻ biết là cũng như trường hợp của ông, các Sylphs sẽ không để cho họ quay về, một mặt đánh lạc hướng các Sylphs bằng cuốn sách giả trong khoảng thời gian vừa đủ, để bọn trẻ trốn đi.
Trên đường về, Hogsqueal tiết lộ với bọn trẻ là một trong những trang sách bị đánh cắp sẽ giúp bọn yêu tinh phá huỷ vòng tròn bảo vệ khi mặt trăng đủ tròn. Vì vậy cần phải nhanh chóng xóa sổ chúng trước khi trăng tròn. Cứu bà Grace khỏi tay bọn yêu tinh xong, bọn trẻ cầm dao thép và những quả bóng đựng sốt cà chua. Vào được nhà bếp, chúng đổ toàn bộ sốt cà chua và muối vào lò, nấp kỹ chờ bọn yêu tinh vào và kích hoạt hỗn hợp giết chết chúng. Thình lình, ông Grace, cha bọn trẻ đột nhập vào nhà nói với Jared là muốn xin lỗi tất cả. Tuy nhiên, vì nghi ngờ, Jared đã đâm ông vào bụng và ông ta hiện nguyên hình là Mulgarath giả danh. Jared trốn thoát với cuốn sách bằng công cụ vận chuyển trong khi Mulgarath biến thành con rắn đuổi theo lên tận mái nhà. Nhưng Jared kịp ném cuốn sách xuống vườn. Khi Mulgarath biến thành con quạ, y bị Hogsqueal bắt ăn thịt.
Cuối cùng, gia đình Graces mang bà cô Lucinda trở lại ngôi nhà. Sylphs xuất hiện và giao Arthur cho cô. Sợ tình trạng trẻ mãi không già bị hóa giải và cha mình sẽ biến thành tro bụi, Lucinda xin cha đi theo đến chỗ Sylphs, để họ biến cô thành đứa trẻ 6 tuổi trước khi linh hồn của hai cha con siêu thoát.