物語は、成人したパイ・パテル（イルファーン・カーン)が、カナダ人小説家(レイフ・スポール)に、自分の身に起きた長期漂流生活について語る、ということで始まる。

インドのボンディシェリで動物園を経営していたパテル一家(主人公、パイ・パテルの家族)は、政府の援助を打ち切られる可能性から、動物たちを売却し、カナダ・モントリオールに移り住むことになる。

16歳の少年パイ(スラージ・シャルマ)と両親、そして多くの動物たちは貨物船に乗り込むが、太平洋上を航行中、嵐に見舞われて船は沈没してしまう。ただ一人パイは救命ボートに逃れて一命を取り留めた。

ボートには、骨折したシマウマ、獰猛なハイエナ、オランウータンが乗っていた。ハイエナはシマウマに襲いかかり、餌にしようとする。その姿に興奮したオランウータンは、ハイエナに殴りかかるが、ハイエナに返り討ちにあい、死んでしまう。

そこに、リチャード・パーカーと名付けられたベンガルトラが身を潜めていた。トラはハイエナを噛み殺し、シマウマ、ハイエナ、オランウータンを餌に命を永らえていた。

一方、パイはわずかな非常食で飢えをしのぎ、家族を亡くした悲しみと孤独にも耐えるパイ。そんなパイと一頭のトラとの漂流生活は、227日間にも及んだ。パイは心を通わせ、トラを飼い慣らすことを試みるが、結局、それは叶わなかった。メキシコに漂着したパイは、トラが振り返りもせずにジャングルへと入っていく後ろ姿を見ただけだった。

成人したパイ・パテルは、"もう一つの話"をカナダ人小説家に語りかける。