Стереотипная Барби и ее подруги живут в розовом Барбиленде – матриархальном обществе, где женщины уверены в себе, самодостаточны и успешны. В то время как мужчины проводят дни, занимаясь отдыхом на пляже, женщины занимают все важные должности. Они работают врачами, юристами и политиками. Пляжный Кен счастлив только в компании Барби и стремится к более близким отношениям, но она отказывается от него в пользу независимости и женской дружбы.
Во время танцевальной вечеринки героиню внезапно охватывает тревога за свою жизнь. На следующий день она обнаруживает, что больше не может выполнять привычную работу, что ее ноги стали плоскими и у нее появился целлюлит. Мудрая подруга говорит ей, что для того, чтобы вылечиться от своего недуга, она должна отправиться в реальный мир и найти играющего с ней ребенка. По дороге в реальный мир героиня обнаруживает, что Кен спрятался в ее кабриолете, и с неохотой разрешает ему присоединиться к ней.
Парочка устраивает переполох в Винис-Бич. Это не нравится генеральному директору компании Mattel, который отдает приказ об их поимке. Главная героиня находит свою хозяйку, девочку-подростка Сашу, которая критикует ее за то, что она поощряет нереальные стандарты красоты. Растерявшись, Барби выясняет, что ее проблема исходит от Глории, сотрудницы компании Mattel и матери Саши. Переживая свой собственный кризис идентичности, Глория стала играть со старыми игрушками, принадлежащими дочери, и невольно перенесла свои переживания на куклу. Сотруднки Mattel пытаются переработать бракованную игрушку, но ей удается сбежать с помощью Глории и Саши, и они втроем отправляются в Барбилэнд, где их преследуют генеральный директор Mattel и высокопоставленные руководители.
В свою очередь Кен узнает, что такое патриархальная система, и впервые чувствует, что его уважают и принимают. Прибыв обратно в Барбиленд, он уговаривает других Кенов взять на себя управление, а девушек приучает к роли покорных служанок, домохозяек и покладистых подружек. Приехавшая Барби пытается убедить Кена и других вернуться к прежней жизни, но получает отказ. Героиня впадает в депрессию, но Глория произносит вдохновляющую речь о противоречивых ожиданиях общества по отношению к женщинам и возвращает кукле уверенность в себе.
С помощью Саши, мудрой Барби, Аллана и других снятых с производства кукол Глория воздействует своими посланиями на всех Барби, выводя их из подчиненного поведения. Восстановленные девушки манипулируют парнями, чтобы те поссорились между собой и отвлеклись от изменения конституции, закрепив мужское превосходство, а женщины вернули себе власть. В ходе этого процесса они также осознают ошибочность своей прежней общественной системы и решают внести некоторые изменения в Барбилэнд, в том числе улучшить отношение к мужчинам и всем куклам-изгоям.
Парочка извиняется друг перед другом и признает свои ошибки. Кен сетует на то, что без любимой у него нет ни личности, ни цели, и девушка советует ему найти себя. Барби, которая по-прежнему не уверена в своей цели и идентичности, встречается с духом соучредителя компании Mattel Рут Хэндлер, которая объясняет, что история куклы не имеет определенного конца, а ее постоянно развивающаяся история превосходит историю ее корней.
После того как все прощаются с героиней, она решает стать человеком в реальном мире. В финале картины Глория со своей семьей приводят Барби, которую теперь зовут Барбара Хэндлер, на первый в ее жизни прием к гинекологу.
