Aan het begin van de roman rennen de hoofdpersonen, Claudia en Jamie Kincaid, weg van huis en besluiten in het museum te gaan wonen. Terwijl ze het museum verkennen, stuiten ze op de geheime woonruimte van mevrouw Frankweiler. Mevrouw Frankweiler is een aardige en excentrieke oudere vrouw, en ze laat Claudia en Jamie bij haar in het museum logeren.
Naarmate de roman vordert, wordt onthuld dat mevrouw Frankweiler een diepe liefde en band heeft met het museum. Ze woont er al jaren in het geheim en kent alle hoeken en gaten van het huis. Ze is ook een getalenteerde kunstenaar en maakt prachtige sculpturen en schilderijen die ze door het hele museum verstopt.
Door haar relatie met Claudia en Jamie kan mevrouw Frankweiler haar liefde voor het museum met anderen delen. Ze leert ze over de geschiedenis en kunst van het museum, en ze helpt ze de schoonheid en het wonder van de wereld om hen heen te waarderen.
Uiteindelijk wordt het geheim van mevrouw Frankweiler ontdekt, maar ze mag in het museum blijven wonen. Ze wordt een geliefd lid van de museumgemeenschap en blijft haar liefde voor kunst en schoonheid met anderen delen.
De connectie tussen het museum en mevrouw Basil E. Frankweiler is een centraal thema van de roman en benadrukt het belang van kunst en cultuur in ons leven.