《星星大作战》讲述在孤儿院长大的胆小提姆发现星星少了一颗后寻找星星的奇幻之旅。提姆从小就怕黑，常常被其他小孩欺负作弄，唯一能抚慰他幼小心灵的就是窗边永远闪耀的满天星星。直到有一天，胆小的他鼓起勇气爬到屋檐去瞧星星掉在哪里，一个不小心，却从屋顶坠落到一个奇幻的空间里，两尺高的牧猫人拉住了提姆，背着他急忙地跳过密密麻麻的屋顶，在昏暗的巷弄来回巡逻，究竟发生了什麼大事？大总管「摩卡」紧张的用望远镜扫描天空，一颗、两颗……四千八百三十二颗，星星真的少了一个！大夥慌张的找寻天空里不见的那颗星星，看似平静的深夜，原来一点也不安宁！胆小怕黑的提姆，能帮助大家找回到那颗星星吗？

提姆是一个生活在孤儿院的孩子，他孤僻又有些胆小，熟悉夜空中的星星，每晚要看着天上的星光后才能安然睡去，但是这天，提姆发现那颗属于他的星星消失不见了！无法入睡的提姆在屋顶焦灼的走动，不慎坠落，危机关头，督促猫们帮助孩子入睡的猫神父帕斯特将他救起。从帕斯特口中，提姆知晓还有一个夜间世界的存在，而莫卡是这个世界的管理者，提姆在帕斯特的带领下面见莫卡，向其说明星星正在逐渐消失的异象，可莫卡并不关心。提姆只得偷拿了星星守护人的联系方式，拜托帕斯特再度陪伴他找回星星。在神奇的夜晚世界，提姆在帕斯特的猫随从们、制作梦和露珠的小精灵之间向星星守护者的住处进发，而并不知道他和帕斯特此刻落入了莫卡的阴谋。