Le film raconte l’histoire d’une petite fille de huit ans, Nelly, qui perd sa grand-mère. Après un adieu à la maison de retraite, elle part avec ses parents vider la maison de l’aïeule, nichée dans les bois. La mère s’en va. Nelly reste seule avec son père et part explorer la forêt. Près d’une cabane construite au pied d’un arbre par sa mère enfant, elle rencontre une petite fille, prénommée Marion... comme sa mère, et qui devient sa « petite maman ».
Ce film joue d’allers-retours temporels : la petite Nelly se liant d’amitié avec sa maman redevenue petite, inventant des histoires, cuisinant des crêpes ou courant dans les bois.
« Rencontrer ses parents, mais enfants, c’est presque un fantasme secret, et j’espère que ça va devenir (un fantasme) collectif avec ce film. Ce film est fait pour rester dans votre tête (...) qu’il puisse vous consoler, et qu’il vous donne de l’imagination. », espère la cinéaste, qui l’a pensé pour que les enfants puissent le voir avec leurs parents, voire leurs grands-parents.
Deux ans après son Prix du Scénario au Festival de Cannes pour Portrait de la jeune fille en feu, Petite maman, imaginé à hauteur d’enfant, est le 5ème long métrage de Céline Sciamma.