本作は、ハリー・ポッターシリーズの映画化第2作目にあたる作品です。ホグワーツ魔法魔術学校での2年目を迎えたハリーが、校内で次々と起こる石化事件の謎と、伝説として語り継がれてきた「秘密の部屋」の真相に迫る姿を描きます。物語は前作よりもダークな雰囲気を増し、魔法界に潜む純血主義の思想や歴史的な対立が深く掘り下げられています。監督は前作に引き続きクリス・コロンバスが務め、アルバス・ダンブルドア役のリチャード・ハリスにとっては遺作となりました。
夏休みをダーズリー家で過ごしていたハリー・ポッターの前に、屋敷しもべ妖精のドビーが現れます。ドビーはハリーにホグワーツへ戻ってはならないと警告しますが、ハリーはロン・ウィーズリーとその兄弟たちに助け出され、新学期を迎えます。 しかし、校内では不可解な出来事が続発します。壁には血で「秘密の部屋は開かれたり。継承者の敵よ、心せよ」というメッセージが記され、生徒やほとんど首無しニックまでもが石にされる事件が発生。ハリーは自分が蛇と話せるパーセルマウスであることを知り、周囲から「スリザリンの継承者」ではないかと疑われてしまいます。 ハリー、ロン、そしてハーマイオニー・グレンジャーの3人は、ポリジュース薬を使ってスリザリン生に変身し、情報を探ろうとします。やがて、50年前にホグワーツで起きた事件の真相を知るため、ハリーはトム・マールヴォロ・リドルの古いトム・リドルの日記に導かれます。日記を通じて、ハリーはトム・リドル (後のヴォルデモート卿) こそが真の継承者であり、部屋に潜む怪物がバジリスクであることを突き止めます。 ジニー・ウィーズリーが秘密の部屋に連れ去られたことを知り、ハリーはギルデロイ・ロックハート教授と共に部屋の入り口を発見。バジリスクとの死闘の末、ダンブルドアの不死鳥であるフォークスとグリフィンドールの剣の助けを借りてバジリスクを倒し、その牙でトム・リドルの日記を破壊してジニーを救出します。事件の終結後、ハリーは巧みな計略でルシウス・マルフォイを欺き、ドビーをマルフォイ家から解放することに成功します。
この映画化作品は、原作のプロットに比較的忠実ですが、上映時間の制約などからいくつかの変更や省略点が存在します。