Tiga tahun berlalu sejak Moana menyelamatkan Te Fiti dan dunia dari kegelapan. Kini, Moana menghabiskan waktunya menjelajahi pulau-pulau di sekitar Motunui, kampung halamannya. Ia memiliki kerinduan untuk menemukan kembali orang-orang yang memiliki koneksi dengan lautan, seperti dirinya. Namun, usahanya terasa sia-sia sampai suatu hari, penglihatan menghampirinya. Dalam penglihatan itu, leluhurnya, Tautai Vasa, mengungkapkan sebuah rahasia kelam.
Ternyata, hilangnya koneksi antar pulau dan orang-orang dengan lautan disebabkan oleh Nalo, dewa badai yang haus kekuasaan. Nalo menenggelamkan Motufetu, pulau legendaris yang dulunya menjadi penghubung antar semua pulau. Tautai Vasa memperingatkan Moana bahwa jika Motufetu tidak ditemukan dan dikembalikan ke permukaan, penduduk Motunui akan punah. Dengan beban di pundaknya, Moana memutuskan untuk memulai petualangan baru yang menegangkan.
Moana mengumpulkan kru dari Motunui, terdiri dari Loto si pengrajin, Moni si sejarawan, Kele si petani tua yang pemarah, serta sahabat setianya, Pua si babi dan Heihei si ayam jantan. Mereka berlayar mengikuti jejak komet di langit, petunjuk jalan menuju Motufetu. Sementara itu, di tempat lain, Maui si manusia setengah dewa juga mencari Motufetu. Maui memiliki urusan pribadi dengan Nalo dan ingin menyelesaikan masalah mereka. Namun, Maui tertangkap oleh Matangi, kaki tangan Nalo yang kuat. Maui ragu untuk meminta bantuan Moana karena ia khawatir Moana tidak akan selamat menghadapi bahaya dari Nalo.
Takdir mempertemukan Moana dan krunya dengan Kakamora, suku bajak laut kelapa yang pernah mereka hadapi sebelumnya. Kakamora mengungkapkan bahwa tindakan Nalo terhadap Motufetu telah menyebabkan mereka terputus dari pulau asal. Namun, seorang Kakamora bernama Kotu justru membantu Moana dan kru. Kotu membantu mereka melumpuhkan kerang raksasa tempat persembunyian Matangi. Moana akhirnya bertemu dengan Matangi dan menyadari bahwa Matangi sebenarnya tidak bahagia melayani Nalo. Matangi membantu Moana membebaskan Maui dan mengarahkannya menuju tempat Nalo berada.
Maui memperingatkan Moana bahwa dunia Nalo jauh lebih berbahaya dan pertarungan melawan dewa badai akan menjadi misi bunuh diri bagi manusia biasa. Benar saja, monster-monster Nalo menyerang kelompok mereka, merusak perahu dan membuat mereka terdampar di pulau terpencil. Moana mulai putus asa, tetapi Maui menyemangatinya untuk terus berjuang. Dengan semangat baru, mereka merencanakan strategi. Maui akan mengangkat Motufetu dari dasar laut agar Moana dapat menyentuhnya. Sentuhan Moana adalah satu-satunya cara untuk mematahkan kutukan dan mengembalikan Motufetu. Kru memperbaiki perahu, dan mereka kembali berlayar menuju wilayah Nalo.
Saat mereka mendekati Nalo, badai dahsyat menghadang. Moana menyadari bahwa Nalo berusaha mencegah manusia mematahkan kutukan. Moana meminta Maui untuk mengangkat pulau itu sedikit saja agar ia bisa menyentuhnya. Saat Maui mulai mengangkat Motufetu dengan kail saktinya, Nalo menyerangnya dengan petir, mencabut kekuatan dewa Maui. Dalam keputusasaan, Moana terjun ke laut dan menyentuh Motufetu di bawah air. Saat Moana berhasil, petir Nalo menghantamnya, merenggut nyawanya. Maui melompat ke laut untuk mengambil tubuh Moana. Dengan mantra ajaib, Maui memanggil roh leluhur Moana, termasuk Tautai Vasa dan nenek Tala. Para leluhur membantu menghidupkan kembali Moana, mengubahnya menjadi dewi. Moana mendapatkan tato wayfinder sebagai tanda kekuatannya. Maui, yang juga mendapatkan kembali kekuatan dewanya, akhirnya berhasil mengangkat Motufetu sepenuhnya. Moana menggunakan kekuatannya untuk menghubungkan kembali semua orang dengan lautan.
Kru kembali ke Motunui, memimpin rombongan besar orang-orang dari berbagai pulau di lautan. Sebuah perayaan besar diadakan untuk menghormati Moana. Dalam adegan pascakredit, Nalo merencanakan balas dendam dan bersiap untuk menghukum Matangi atas pengkhianatannya. Namun, tiba-tiba Tamatoa si kepiting rakus muncul, menawarkan diri untuk bergabung dengan rencana jahat Nalo.
