Menderita serangan asma yang sering terjadi, Anna Sasaki muda menjadi pendiam, tidak mudah bergaul, dan terisolasi dari teman-temannya, sehingga membuat orang tua angkatnya khawatir. Atas rekomendasi dokter, Anna dikirim ke pedesaan, dengan harapan udara yang lebih bersih dan gaya hidup yang lebih santai akan meningkatkan kesehatannya dan membantu menjernihkan pikirannya. Terlibat dalam kegemarannya membuat sketsa, Anna menghabiskan hari-hari musim panasnya dengan tinggal bersama bibi dan pamannya di sebuah kota kecil dekat laut.
Suatu hari ketika sedang berjalan-jalan di luar, Anna menemukan sebuah rumah besar yang ditinggalkan yang dikenal sebagai Marsh House. Namun, dia segera menemukan bahwa tempat tinggal itu tidak kosong seperti yang terlihat, bertemu dengan seorang gadis misterius bernama Marnie. Sikap ceria Marnie perlahan-lahan mulai menarik Anna keluar dari cangkangnya saat ia kembali malam demi malam untuk bertemu dengan teman barunya. Namun, tampaknya ada lebih banyak hal yang tersembunyi dari gadis aneh ini daripada yang terlihat, karena saat waktunya di kota ini hampir habis, Anna mulai menemukan kebenaran di balik tembok-tembok Rumah Rawa.
Omoide no Marnie menceritakan kisah menyentuh tentang perjalanan seorang gadis muda melalui penemuan diri dan persahabatan, serta musim panas yang akan dikenangnya seumur hidup.
