Coco celebra la tradición mexicana del Día de los Muertos, un festival durante el cual todos los antepasados son recordados. Miguel (voz de Anthony González) es un joven mexicano que sueña con convertirse en músico. Su héroe es Ernesto De La Cruz (Benjamin Bratt), un músico que murió en un accidente mientras estaba en el escenario. Mama Coco (Ana Ofelia Murguía) es la bisabuela de Miguel, que vive con él, sus padres y su abuela o Abuelita (Renee Victor). El padre de Coco, Héctor (Gael García Bernal), fue un músico que dejó a Coco y a su madre, Imelda (Alanna Ulbech), para seguir su carrera. Héctor nunca regresó, así que Imelda comenzó un negocio de zapatería, que ha estado en la familia desde entonces. Pero la música ha sido prohibida en el hogar, y Abuelita aplica rígidamente esta prohibición.
Abuelita está muy enojada cuando descubre que Miguel ha hecho su propia guitarra y tiene la intención de participar en un concurso de talentos. Ella rompe la guitarra, y Miguel huye a la tumba de De La Cruz. Dentro de la tumba Miguel de alguna manera pasa a la Tierra de los Muertos, donde no está ni vivo ni muerto. Allí conoce a sus antepasados y aprende la verdadera historia de lo que le sucedió a su tatarabuelo Héctor. Descubre que la Tierra de los Muertos no es muy diferente de la Tierra de los Vivos, con los ricos y los famosos vivos (o muertos) entre los pobres y olvidados. Miguel también conoce a su héroe y descubre que no todo es como él pensaba que era.