Atrévete a Soñar narra la vida de Patito, una niña dulce que emprende una gran aventura por alcanzar sus más deseados sueños: conocer a su papa, ser una cantante famosa y conquistar su primer amor.

Patito y Ana, su mamá, viven tranquilas en el pintoresco pueblo de Pátzcuaro lejos del bullicio, de los problemas y peligros de la gran ciudad. Y también lejos de Rodrigo, el gran amor de Ana que nunca supo de la existencia de su hija Patito y está convencido de que Ana lo ha olvidado. La vida de Ana gira alrededor de su hija, y es precisamente por la salud de Patito que se ve obligada a volver a la Ciudad de México. En el hospital pediátrico, el médico de Patito resulta ser Rodrigo y sin saber que son padre e hija, congenian de inmediato.

Cuando Ana y Rodrigo se encuentran, ambos se dan cuenta de que todavía se aman, pero callan y los malentendidos del pasado continúan separándolos. Además, Bianca, la prometida de Rodrigo, no está dispuesta a permitir que la fortuna del exitoso pediatra se le escape de las manos.

Ana consigue trabajo en un colegio privado y logra tener ahí mismo un lugar para vivir y una beca para Patito. La simpatía de la niña le ayuda a hacer amigas, pero también se enfrenta por primera vez a los prejuicios y la discriminación. Antonella, la superficial hija de Bianca, es la líder de un grupito como ella apodado “Las Divinas” y será enemiga acérrima de Patito y luego su gran amiga, sólo para volver a tomarla contra ella una y otra
vez durante todo el ciclo escolar; sobre todo cuando el guapo Mateo se convierte en la manzana de la discordia.

Patito se integra al grupo llamado “Las Populares” y la batalla se convierte en una guerra declarada cuando la directiva del colegio decide participar en el concurso intercolegial de comedia musical. Antonella está segura de que será su grupo el que represente al colegio, pero sus planes se ven frustrados cuando Rodrigo ayuda a Patito a vencer su miedo de cantar en público y “Las Populares” les ganan la participación en el intercolegial.
Mientras Patito libra sus batallas en la escuela, Ana lucha contra las intrigas y soporta las amenazas de Bianca; hasta que toma valor y confiesa la verdad a Rodrigo. El médico se llena de alegría al saber que Patito es su hija, pero resiente que Ana no haya compartido con él la infancia de su hija, y aunque el amor entre ellos es más fuerte que nunca, el orgullo impide que sean felices.

Sin embargo, Patito sabe que no hay obstáculo que el amor no pueda vencer, y llegará el momento en que sus padres estén unidos... y Mateo se fije en ella. Mientras tanto, ella confía en esa pequeña voz dentro de su corazón que le dice: “Atrévete a Soñar.”