В игре Disney/Pixar's Finding Nemo представлены две основные сюжетные линии. Как и в анимационном фильме 2003 года, кловный рыбёшка Немо направляется в свой первый школьный день, когда его похищает подводный плавец возле Великого Барьерного Рифа в Австралии, и он оказывается в аквариуме в офисе зубного врача. В первой линии сюжета игроки принимают роль отца Немо, Марлина, который вместе с забывчивой рыбой-хирургом по имени Дори, должен решать головоломки и овладевать аркадными мини-играми в поисках своего пропавшего сына. Во второй линии сюжета Немо пытается подружиться с другими обитателями аквариума, чтобы присоединиться к Банде Баков и помочь им осуществить их секретный план побега. Игроки могут переключаться между двумя сюжетными линиями в любое время во время приключения, пока они не объединятся.

По ходу приключения игрокам представляются персонажи из фильма, которые помогают Марлину и Немо выполнять задания. Во время истории Марлина игрокам нужно выбраться от Акулы Брюса, восстановить маску плавца из затонувшей подводной лодки, избежать рыбы-удильщика, перепрыгнуть через лабиринт медуз, искать по течению к Сиднейской гавани. Тем временем, мини-игры и головоломки в сегменте Немо включают использование гальки для засорения фильтра аквариума, ловлю пузырей до того, как они достигнут верха бака, маневрирование через лабиринт Тики-голов, помощь Жаку вытащить свой ключ от заблокированной цепи, и выбраться из канализации, набитой крабами. Как только отец и сын воссоединяются, им нужно спасти Дори и других рыб от сети рыбака.