Spelaren börjar spelet med Roxas, en 15-årig pojke som bor i en stad som heter Twilight Town. Han är på sommarsemester med sina tre bästa vänner, Hayner, Pence och Olette. När veckan går börjar konstiga saker hända. En man vid namn Axel, en medlem av Organisation XIII som var med i Chain of Memories, dyker upp och blir förvånad och upprörd över att Roxas inte minns honom. De slåss och Roxas upptäcker att han kan använda en Keyblade. Roxas träffar också Naminé och en man vid namn DiZ som var på Rikus sida i Chain of Memories. Naminé berättar för Roxas att hon har ändrat hans minnen så att han kan bli "hel" igen. Axel berättar för Roxas att de brukade vara vänner och att han antingen måste ta Roxas tillbaka till organisationen eller förgöra honom. De slåss och Axel försvinner. Roxas hittar sedan Sora och försvinner själv.
När Roxas försvinner vaknar Sora upp och blir den nya spelaren. Kalle och Goofy vaknar också och de tre fortsätter sitt uppdrag att hitta Riku. När de letar efter honom möter de resten av medlemmarna i Organisation XIII och får veta att de är varelser som kallas Nobodies. När en hjärtlös stjäl någons hjärta blir personen också en hjärtlös, men om hjärtat är starkt blir kroppen en Nobody. Nobodies har inga känslor, men vill ha hjärtan igen. Xemnas, ledaren för Organisation XIII, försöker framkalla Kingdom Hearts, som han hävdar kommer att göra det möjligt för Nobodies att få tillbaka sina hjärtan. För att framkalla Kingdom Hearts måste Heartless dödas med en Keyblade, vilket kommer att frigöra deras hjärtan och låta dem återvända till Kingdom Hearts. Detta är anledningen till att organisationen ville att Sora skulle ansluta sig till dem.
Det avslöjas senare att Roxas är Soras Nobody och att han var medlem i Organisation XIII. Roxas skapades när Sora kortvarigt förlorade sitt hjärta i Kingdom Hearts. Naminé avslöjas sedan som Kairis Nobody, som skapades när Kairi förlorade sitt hjärta i början av Kingdom Hearts. Xemnas är Nobody till en man som heter Xehanort, som inte längre existerar. Ansem, huvudfienden från det första spelet, var Xehanorts hjärtlösa.
Mot slutet av spelet återförenas Sora, Kairi och Riku och förgör Xemnas. När alla medlemmar av Organisation XIII har förintats och världarna till synes är säkra, åker Sora, Riku och Kairi hem till Destiny Islands.
