Lyra Belacqua (Dakota Blue Richards) wächst mit ihrem Dämon Pantalaimon als Waise im renommierten Jordan College in Oxford auf. Angeblich lebt nur noch ein einziger Verwandter: Lord Asriel Belacqua (Daniel Craig). Er soll Lyras Onkel sein. Pantalaimons endgültige Erscheinung steht noch nicht fest; hin und wieder sieht er wie eine Katze aus, meistens jedoch wie ein Marder.

Als Lyra zwölf Jahre alt ist, kommt Lord Asriel wieder einmal nach Oxford. Aber es geht ihm nicht nur darum, Lyra zu besuchen, sondern er bittet den Rat der wissenschaftlichen Einrichtung um die Finanzierung einer weiteren Expedition in den Norden. Dort beobachtete der Forscher nämlich, wie Staub aus einem Paralleluniversum in einen Mann strömte. Diesen Vorgang möchte er genauer untersuchen.

Das aus dem früheren Papsttum hervorgegangene Magisterium will die Erforschung des Staubs verhindern, denn dadurch könnten Zweifel an der offiziellen Lehre aufkommen und die Autorität der Behörde in Frage gestellt werden. Fra Pavel (Simon McBurney) fordert deshalb den Rektor (Jack Shepherd) auf, Lord Asriel zum Schweigen zu bringen. Der Schulleiter weigert sich, die Anweisung Folge zu befolgen, denn das Jordan College ist nicht zuletzt für seine Toleranz in wissenschaftlichen Fragen berühmt. Fra Pavel hat mit der ablehnenden Haltung des Rektors gerechnet und Gift mitgebracht. Das mischt er heimlich in den Wein, der dem Besucher vorgesetzt werden soll. Zufällig wird er dabei von Lyra beobachtet, und als Lord Asriel sich ein Glas einschenkt, schlägt sie es ihm aus der Hand und rettet ihm das Leben. Fra Pavel kann nicht verhindern, dass der Rat sich bereit erklärt, die Expedition in den hohen Norden zu finanzieren.

Lyra würde Lord Asriel am liebsten begleiten, aber er nimmt sie nicht mit, denn was er vorhat, ist für eine Zwölfjährige viel zu gefährlich.

Kurz darauf taucht Mrs Marisa Coulter (Nicole Kidman) im Jordan College auf und fragt Lyra, ob sie auf einer geplanten Reise in den Norden mitkommen wolle. Die über die Absage ihres Onkels enttäuschte Zwölfjährige sagt nur zu gerne „ja“, und Mrs Coulter ersucht den Rektor, ihr Lyra vorübergehend anzuvertrauen. Vor der Abreise mit dem Luftschiff übergibt der Rektor Lyra heimlich ein Alethiometer, das Lord Asriel vor Jahren dem College schenkte und fordert die Zwölfjährige auf, das Instrument vor Mrs Coulter zu verbergen. Es sieht aus wie ein goldener Kompass mit Klappdeckel, hat aber vier Zeiger, und auf dem Zifferblatt sind statt der Himmelsrichtungen sechsunddreißig geheimnisvolle Symbole markiert.

Zunächst nimmt Mrs Coulter das Mädchen mit in ihre schlossähnliche Behausung in London. Lyras Freude hält nicht lange an, denn sie findet heraus, dass Mrs Coulter für das Magisterium tätig ist und die General-Oblations-Behörde (GOB) leitet. Sie ist also die Chefin der „Gobbler“, die einem Gerücht zufolge überall im Land Kinder entführen. Erst kürzlich verschwanden Lyras bester Freund, der Küchenjunge Roger Parslow (Ben Walker), und Billy Costa (Charlie Rowe), der Sohn ihrer Amme (Clare Higgins). Als Mrs Coulters Dämon – ein namenloser wilder Affe – Lyras Zimmer durchsucht und den goldenen Kompass findet, entreißt Pantalaimon ihm das Instrument und flieht mit Lyra durchs Fenster.

Die Gobbler fangen sie zwar bald wieder ein, aber Gypter befreien Lyra und Pantalaimon. – Bei den Gyptern handelt es sich um ein Volk, das auf Hausbooten und Schiffen lebt. Ihr Anführer ist der Fürst John Faa (Jim Carter), der sich von dem Weisen Farder Coram (Tom Courtenay) beraten lässt. Auch Billys Mutter gehört zu den Gyptern. Während Lyra auf John Faas Schiff an der Reeling steht, erscheint ihr die Hexenkönigin Serafina Pekkala (Eva Green), die frühere Geliebte Farder Corams, und klärt sie darüber auf, dass sich die verschleppten Kinder in Bolvangar befinden, einem Ort in Lappland. Serafina Pekkala behauptet, Lyra habe eine Bestimmung, über die jedoch niemand Genaueres wisse. Außerdem lernt Lyra, wie der goldene Kompass benutzt wird, der ihr auf jede Frage die Wahrheit zeigt.

Um die in Bolvangar gefangen gehaltenen Kinder zu befreien, reisen die Gypter mit Lyra mit in den hohen Norden. In einem Hafen wird Lyra von dem texanischen Aeronauten Lee Scoresby (Sam Elliott) angesprochen, dessen Dämon Hester wie ein Hase aussieht. Er rät ihr, den Panzerbären Iorek Byrnison mitzunehmen. Sie finden den Eisbären in einem Hinterhof, wo er für die Menschen arbeitet und dafür Whiskey zu saufen bekommt. Eigentlich ist er ein Prinz, aber er wurde von einem anderen Eisbären im Kampf besiegt und verbannt. Lyra zieht den goldenen Kompass zu Rate und teilt Iorek dann mit, dass sich sein durch eine List gestohlener Panzer im örtlichen Magisterium befindet. Damit verschafft sie Iorek neuen Lebensmut: Der Panzerbär stürmt in das Gebäude, legt seine Rüstung wieder an und folgt Lyra auf ihrer weiteren Reise nach Norden.

Mit Ioreks Hilfe gelingt es Lyra, Billy Costa in einer einsamen Hütte zu finden. Sie bringen ihn zu seiner Mutter, aber er ist kaum ansprechbar, denn die Gobbler haben ihn von seinem Dämon getrennt.

Im Land der Samojeden wird Lyra gefangen genommen und nach Svalbard zu Ragnar Sturlusson, dem König der Panzerbären, gebracht. Weil Lyra von Mrs Coulter erfuhr, dass Bären keine Dämonen haben, sich aber sehnlichst welche wünschen, erzählt sie Ragnar Sturlusson, sie sei Iorek Byrnisons Dämon. Wenn der König sie als Dämon übernehmen wolle, müsse er Iorek im fairen Zweikampf besiegen. Wie von Lyra erhofft, besiegt Iorek den König, der sich den Thron durch Mord und Intrigen erschlich. Obwohl er nun selbst zum König der Panzerbären ausgerufen wurde, verlässt er Svalbard gleich wieder und begleitet Lyra weiter.

Der Weg nach Bolvangar führt über eine schmale Eisbrücke, die schon unter dem Gewicht des zwölfjährigen Mädchens zusammenzubrechen droht. Iorek muss zurückbleiben.

Wenn Sie noch nicht erfahren möchten, wie es weitergeht,
überspringen Sie bitte vorerst den Rest der Inhaltsangabe.

Bei Bolvangar handelt es sich um eine Einrichtung der General-Oblations-Behörde. Dutzende von Kindern werden hier gefangen gehalten, bis man ihnen in einer Interzäsionsmaschine die Dämonen abschneidet. Unter den Kindern im Speisesaal entdeckt Lyra ihren Freund Roger Parslow.

Kurz nach Lyra trifft Mrs Coulter in Bolvangar ein. Das Mädchen versteckt sich zunächst und hört, wie Mrs Coulter berichtet, dass Lord Asriel Belacqua während seiner Expedition überwältigt und verschleppt wurde. Er konnte jedoch seine Entführer bestechen und ein Geheimlabor einrichten. Das Magisterium hat davon gehört und den Forscher wegen Ketzerei zum Tod verurteilt. Die Häscher sind bereits unterwegs, um das Urteil zu vollstrecken.

Lyra und Pantalaimon werden entdeckt. Im letzten Augenblick bewahrt Mrs Coulter sie davor, in der Maschine getrennt zu werden. Sie klärt Lyra darüber auf, dass ihre Mutter nicht bei einem Luftschiffunfall starb, sondern vor ihr steht. Da ahnt Lyra, wer ihr Vater ist, und Mrs Coulter bestätigt es: Sie war Lord Asriels Geliebte.

Es gelingt Lyra, durch Umlegen aller Schalter der Interzäsionsmaschine eine elektrische Überlastung herbeizuführen und das Gebäude in Brand zu setzen. Mit den anderen Kindern flieht sie ins Freie, aber dort werden sie von Tartaren aufgehalten, die Bolvangar im Auftrag der General-Oblations-Behörde bewachen. Gerade noch rechtzeitig kommen Iorek Byrnison, Lee Scoresby, die Gypter und eine Armee fliegender Hexen den Kindern zu Hilfe. Eine Schlacht beginnt, in der die Tartaren besiegt werden.

Lyra will als Nächstes ihren Vater befreien. Roger Parslow, Iorek Byrnison und Lee Scoresby begleiten sie.

Mrs Coulter, die bei dem Brand in Bolvangar unverletzt blieb, ahnt, wohin ihre Tochter unterwegs ist und folgt ihr.