Harry, Ron và Hermione bắt đầu học năm thứ hai tại trường Hogwarts. Họ có một giáo sư môn Phòng vệ Chống Nghệ thuật Hắc ám mới, Gilderoy Lockhart. Mặc dù không gây được ấn tượng với Harry và Ron, thầy Lockhart chiếm được tình cảm của các học sinh nữ như Hermione bởi sự đẹp trai và các câu truyện phiêu lưu màu sắc. Năm học liên tục xảy ra các hiện tượng kì bí với lời đồn đại là Phòng chứa bí mật đã được mở ra. Mrs. Norris, con mèo của thầy giám thị, bị hóa đá và Harry bị nghi ngờ là thủ phạm. Sự kinh hoàng càng ngày lan rộng khi một số học sinh bị hóa đá ngay trong trường. Harry bị đồn đại là hậu duệ của Salazar Slytherin và là người đứng sau mọi việc. Những người thân thiết xung quanh Harry lần lượt bị tách rời. Thầy Hiệu trưởng Albus Dumbledore bị cách chức, bác Giữ khóa Rubeus Hagrid bị tình nghi và bị giam vào ngục Azkaban. Cô bạn thân Hermione bị tấn công và hóa đá. Harry và Ron trong quá trình tìm hiểu bí mật về Phòng chứa đã đi sâu vào khu Rừng cấm và gần mất mạng khi gặp gia đình nhện khổng lồ Aragog. Sự căng thẳng lên đến đỉnh điểm khi cô em gái Ginny Weasley của Ron bị bắt vào Phòng chứa bí mật. Harry và Ron tìm ra lối vào nhưng bị tấn công bởi thầy Lockhart. Lockhart bị mất trí nhớ và lối vào bị phá, chỉ có một mình Harry có thể đến được Phòng chứa bí mật. Tại đây Harry phải giải cứu Ginny khỏi sự điều khiển của Chúa tể Hắc Ám Voldemort, trong hình hài của Tom Riddle, ký ức lúc Voldemort còn là một học sinh của Hogwart. Harry chạm trán Tử xà Basilisk con quái vật trong Phòng chứa bí mật tuân theo lệnh của Tom Riddle. Nhờ sự giúp đỡ của con Phượng hoàng Fawkes của thầy Dumblerdore, Harry giết Basilisk bằng thanh gươm Gryffindor và phá hủy Tom Riddle bằng chiếc nanh mãng xà đâm vào tay qua cuốn nhật ký chết người mà Lucius Malfoy đã cố tình thả vào cặp của Ginny Weasley vào hồi đầu năm học. Cả trường ăn mừng chiến thắng. Cụ Dumbledore và bác Hagrid trở lại trường. Đồng thời qua năm học này Harry cũng giải thoát cho gia tinh Dobby khỏi nhà Malfoy. Một mùa hè lại đến và Harry phải trải qua kỳ nghỉ với gia đình dì dượng Dursley.
