Valentina (Belinda) y Sebastián (Alfonso Herrera), "Los Camaleones" son manipulados por "El Amo" (Manuel "Flaco" Ibáñez), haciéndolos robar piezas de arte y joyas valiosas valuadas en millones de dólares, ya que si no cumplen con sus demandas, él tiene suficiente poder como para matar a sus únicos seres queridos, que están en la cárcel por culpa de Augusto Ponce de León (Guillermo García Cantú), quién es el padre de Solange (Sherlyn), separado de Francisca Campos (Edith González), mujeriego, y jefe de la policía. Es el encargado del caso "Camaleón", y que tiene que resolver si quiere llegar a un puesto en la política y tener cada vez más poder. Valentina y Sebastián se hacen pasar por prefecta y profesor de Historia del Arte, respectivamente, en el Colegio San Bartolomé, donde Francisca y Augusto son los directores y dueños del mismo; es ahí donde Solange estudia y donde el jardinero Leónidas (Manuel "Flaco" Ibáñez), quien resulta ser un policía incubierto y el padre del gran amor de juventud de Francisca, planea meter a la cárcel a Augusto por sus crímenes y la muerte de su hijo, pues éste lo aventó de un edificio e hizo creer a todos que se había suicidado. Él desarrolla amistad con Valentina, Sebastián, Solange y Ulises (Pee Wee), y desde el sótano de la escuela está planeando una venganza contra Augusto, por pretender ser algo que no es. Irónicamente, todos los personajes principales se hacen pasar por otra persona, de ahí el nombre Camaleones.

Sofía Domínguez es una niña huérfana de madre que vive con su papá, el doctor Antonio Domínguez, con su madrastra Mercedes y tiene un hermano menor llamado Esteban. Estos dos últimos se esfuerzan por hacer quedar mal a Sofía siempre que pueden, mientras su padre trabaja todo el día en un laboratorio. Sofía tiene varios amigos que son sus vecinos y un día deciden entrar en la "mansión embrujada" de la calle Villa Luz, donde vive un hombre malvado llamado Chon y que trabajaba para su difunto patrón "Don Darvelio" al momento de entrar vivirán grandes aventuras y lucharán para derrotar las malignas fuerzas de Helga, la "Gran Rebruja" que amenaza constantemente sus vidas.

La telenovela relata la vida de tres familias de diferentes clases sociales. Primero están los Pérez Flores, que viven en Neza y está integrada por Ignacio, Julia y sus hijos Ronaldo y Wendy. La segunda familia está integrada por Miranda Ortiz y su pequeño hijo Diego; viven en la colonia Roma en la casa de César Traven, un generoso anticuario de la tercera edad. Y por último están Brenda Uriarte, su hermano Tony, su madrastra Constanza y su hermanastra Sabrina, una familia de clase media alta.