En compagnie d'autres enfants, un petit garçon se rend au pôle Nord pour vérifier si la légende du Père Noël est, oui ou non, une invention des adultes.
Le 24 décembre, en pleine attente impatiente du Père Noël. Un petit garçon est soudain pris de doutes : et si le bon papa à barbe blanche n'était qu'une invention ? A ce moment, un train mystérieux, le Pôle express, s'arrête juste devant sa maison. L'enfant prend place à bord, direction le pôle Nord, où l'attendent d'incroyables aventures. En compagnie d'autres enfants de son âge, il s'en va vérifier que l'existence du Père Noël n'est pas qu'une légende inventée par les adultes pour faire rêver les petits. Au cours du voyage, les jeunes passagers vont de surprise en surprise, et prennent lentement conscience de l'étendue de leurs dons insoupçonnés...
Pour leur troisième collaboration, Tom Hanks et Robert Zemeckis signent un long métrage réussi, mêlant conte de Noël et film fantastique.