桑茨林德王国伯恩斯坦侯爵一家都爱书成痴，侯爵之女艾丽亚娜甚至被取了「书虫公主」的外号。某日王位继承人克里斯多福要和她缔结婚约，并承诺她可以安心阅读，理由是伯恩斯坦家政治倾向中立，不会涉入权力斗争。艾丽亚娜同意婚约，并因此得到王宫书库的阅览权限。艾丽亚娜认识了和克里斯多福一起工作的阿列克谢、护卫格伦、克里斯多福的叔父特奥多尔。四年来，18岁的艾丽亚娜几乎读遍书库内的书，但她开始担心关于婚约为假的谣言。艾丽亚娜的女仆提到新入宫的子爵之女艾琳，并请艾丽亚娜多加提防。艾丽亚娜初见艾琳时认为她是善于交际的外向女子，之后发生数起怪事，包括克里斯多福久未进入办公室、特奥多尔禁止她进入书库、格伦派了新护卫给她。在克里斯多福归来后，他表示自己离开期间是在找一本艾丽亚娜提过的稀有书籍，让她欢欣无比。一周后，艾丽亚娜见到克里斯多福和艾琳谈笑风生，认为自己的婚约将走到尽头，尽管早有预感，仍忍不住潸然泪下。

艾丽亚娜意识到自己爱上克里斯多福，但在就此事询问他时，却再次发现他和艾琳相谈甚欢，便将赠书退回并黯然离去。数日后，艾丽亚娜在还书时遇见阿列克谢，阿列克谢请她转交文件，艾琳突然假装从楼梯上摔下，并嫁祸给艾丽亚娜，声称她出于忌妒才推落自己。克里斯多福指出满手文件的艾丽亚娜不可能犯下此事，并在暗桩阿兰的协助下，当众揭露艾琳的谎言及她父亲暗杀未遂的罪行，并得知艾琳的动机是谋取后冠。艾琳声称书虫不配当王后，但许多宫廷官员透露自从艾丽亚娜成为未婚妻以来，便以书中大量知识促进经济、医学、民生、外交和烹饪发展。艾琳和她父亲被以叛国罪监禁。克里斯多福公开证实艾丽亚娜受到宫内所有人爱戴，并承诺有朝一日会让她成为王后。

艾丽亚娜得知自己的父亲和祖父向克里斯多福提出两个条件：不使用伯恩斯坦家的别名并获得贵族支持，以及让艾丽亚娜重视克里斯多福甚于书。当克里斯多福几乎要吻艾丽亚娜时，艾丽亚娜突然问起家族的别名。克里斯多福回忆道，自己幼时拿书当推骨牌玩，遭到艾丽亚娜斥责，克里斯多福道歉后，向父王表示自己想娶她为妻，这使王室惊慌失措。克里斯多福透露伯恩斯坦家的别名是「桑茨林德之脑」，其成员长年以来以超凡的知识量造福王国，却也因家族坚守政治中立，使得当年克里斯多福的提亲被拒，而艾丽亚娜也被带回并深居于伯恩斯坦领地中。当两人再次见面时，艾丽亚娜已不记得克里斯多福。因此过去四年里，克里斯多福不断试图获取她的信任，艾丽亚娜也意识到克里斯多福对自己是真心诚意，两人对彼此献出初吻。

克里斯多福陪同艾丽亚娜微服出巡，以便艾丽亚娜亲自选购学者团体希斯尔之星的书籍。在艾丽亚娜取得想要书籍《星之旅人》后，他们遇见两个被摊商抓住的偷书孩童，克里斯多福出面处理此事，并以自身经历安慰孩子，而艾丽亚娜为孩子们讲述《星之旅人》的故事，缓解了孩子们对贵族的仇视。

艾丽亚娜找到指使孩童偷书的莫兹利男爵，并得知男爵的目的是干涉政策，将医疗研究经费用于军事研究。就在男爵对艾丽亚娜举剑相向时，克里斯多福出面营救，率人将男爵逮捕，并安置了偷书孩童和他们患病的母亲。克里斯多福透露自己根据过去和艾丽亚娜的谈话而设立慈善医院，但艾丽亚娜却一直对完全想不起初遇克里斯多福的经过感到困扰。之后她在与偷书孩童的谈话中找到线索，稍微回想起当时的只字词组，并询问克里斯多福是否能说出「秘密的咒语」，克里斯多福同意，并向艾丽亚娜表示「你是我的宝物」。

克里斯多福出访米瑟拉尔公国，艾丽亚娜留在国内代理其职务，并出席狩猎祭，得知狩猎祭中表现最杰出的猎人可能会向任何未婚女子献上花环作为定情信物。许多名门大小姐都试图博取男人们注意，并对艾丽亚娜深感忌妒，甚至出言侮辱她。艾丽亚娜独处时遇见伊迪亚边境伯爵领地的领主海顿，由于艾丽亚娜先前努力阻止战争，使他的军事预算大幅降低，他便责备艾丽亚娜，并认为她对这个世界的理解仅止于纸上谈兵。在海顿离开后，艾丽亚娜难过地流泪，并意识到自己先前一直在克里斯多福的庇护下。

索菲亚把艾丽亚娜关在古城之中，欧文救出她后，提到自己的父王是马尔杜拉国王，而母后来自桑茨林德，由于两国曾多次交战，欧文对艾丽亚娜提出让两国避免交战的建言此表示感谢。他们遭到恶徒袭击，对方的目的是挑起战争。欧文推断恶徒受僱于马尔杜拉第三王子，在克里斯多福和麾下士兵平息纷争后，亚兰证实罗娜和恶徒相互勾结，以女仆身分利用索菲亚，安排艾丽亚娜的谋杀案。尽管索菲亚对此毫无所悉，但她还是名声扫地。欧文证实自己的母后一直希望维系桑茨林德和马尔杜拉的和平，所以艾丽亚娜也向海顿领主重申立场，表示自己将尽力阻止战争发生，海顿相信她并向她宣誓效忠。次日，海顿成为在狩猎节表现最出色的猎人，他也把花圈献给蕾蒂博德小姐，狩猎祭平安落幕。在道别时，艾丽亚娜邀请欧文有机会可以再来桑茨林德，欧文开玩笑地表示想从克里斯多福身边拐走艾丽亚娜。

圣诞夜宴会和王子的婚宴都将来临，艾丽亚娜在压力之下做出许多艰难的决定，譬如选择出席官方活动的礼服和珠宝，克里斯多福的母后安丽艾塔王妃认为艾丽亚娜欠缺政治觉悟和社交手腕，并未准备好成为王子妃，并提到诸多名媛都抢着成为王子妃。在宴会中，艾丽亚娜和克里斯多福遇见米瑟拉尔公国将军家里仅有十岁的千金雪伦，雪伦的姐姐「珍珠公主」米蕾优曾被视为王子妃候补，而她如今守寡服丧。艾丽亚娜还遇到不怀好意唐纳夫人和她的女儿玛缇尔妲，玛缇尔妲不知何故偷了艾丽亚娜设计的裙子，安丽艾塔给了艾丽亚娜独自思考与决策的时机，并期待她展现格局。艾丽亚娜推断有人泄露设计，但不知如何是好，在她外出吹风时，目睹一位信使给克里斯多福捎来米蕾优的亲笔信。

艾丽亚娜向亚兰透露，自己依然担忧米蕾优、玛缇尔妲和其它可能成为侧室的人选。一名仆人看出她心神不宁，便透露玛缇尔妲是受她母亲压力才试图成为王子妃，另外也建议她严肃地调查背叛者。克里斯多福的公务繁忙，艾丽亚娜完全没有机会和他讨论此事。雪伦无礼地要求自己取代艾丽亚娜成为克里斯多福在圣诞夜宴会上的女伴，因为这象征米蕾优成为侧室的机会，雪伦还表示比起死读书的艾丽亚娜，米蕾优才是辅佐政务的最佳人选。艾丽亚娜实在非常担心造成克里斯多福的困扰，但又不敢亲口问他，便要求克里斯多福将婚礼延期，并哭着跑开了。艾丽亚娜决定暂时回父母家里，克里斯多福同意并转身离去。

艾丽亚娜在家度过一夜后回到王宫，意外听见玛缇尔妲命令艾丽亚娜的女仆莎拉在艾丽亚娜的房间内窃取礼服设计，莎拉因为曾受玛缇尔妲家的资助而陷入两难。艾丽亚娜并未点破此事，而是主动交出自己的新创作，以贝壳加工制成的墨水，但玛缇尔妲予以拒绝，并指出贝壳来自被视为瘟疫发源地的柯尔伯村。玛缇尔妲展现出对柯尔伯村的偏见，而艾丽亚娜透露当地的瘟疫是因为政府处置不当才加以恶化。玛缇尔妲试图拿墨水砸艾丽亚娜，但她被莎拉阻止，反而使自己弄得满身脏。将此景看在眼里的克里斯多福为这起纠纷善后，并表示自己深爱着艾丽亚娜，绝对不会纳侧室。艾丽亚娜向克里斯多福道歉，并透露自己的不安，两人因此和解。克里斯多福还提到安丽艾塔非常中意艾丽亚娜，艾丽亚娜决定不再逃避或隐藏自己对克里斯多福的感情。

雪伦试图以一本珍贵书籍的阅览权，要求艾丽亚娜让出克里斯多福宴会女伴的位置，艾丽亚娜强忍自己想阅读的欲望拒绝雪伦。克里斯多福表示艾丽亚娜多年来都试图解决瘟疫，亦试图改善柯尔伯村的民生问题，克里斯多福还解释雪伦长年以来都误会米蕾优和自己的关系，指出两人并不如她所想的那般亲密，让雪伦知难而退，风波也就此平息。在圣诞夜之宴，安丽艾塔不坦率地赞许了艾丽亚娜的做法，并对自己没有严格调查莎拉的身家致歉，而陛下也决定赏赐立下功劳的艾丽亚娜。艾丽亚娜希望自己能获得休假，以便尽情阅读自己喜爱的书籍。宴会之后，克里斯多福为艾丽亚娜准备许多圣诞树，并对这位书虫公主表示感谢，两人携手誓言迈向未来，并在浪漫的光芒下相吻。