I giochi raccontano le avventure di un nuovo allenatore di Pokémon che cerca di diventare Campione della Lega Pokémon collezionando e allenando Pokémon. Come la maggior parte dei giochi della serie, Diamond e Pearl presentano otto palestre Pokémon guidate dai Capipalestra, allenatori professionisti la cui esperienza è in un particolare tipo di Pokémon. I Capipalestra (Roark, Gardenia, Maylene, Wake, Fantina, Byron, Candace e Volkner) fungono da boss e ricompensano gli allenatori abili con i distintivi della palestra, chiave per l'avanzamento della trama. Come in Ruby e Sapphire, anche il protagonista deve ostacolare i piani di una gang criminale (qui è Team Galactic), che progetta di usare i Pokémon per ristrutturare la regione in una utopia. Come tutti gli altri RPG Pokémon, Diamond e Pearl iniziano nella città natale del protagonista. Dopo aver visto un servizio televisivo su una ricerca condotta dai media per un Red Gyarados, avvistato in un lago lontano (Lake of Rage, Johto), il protagonista e il suo migliore amico partono insieme per controllare il lago locale in cerca di un Pokémon simile. Scorgono il Professor Rowan, un ricercatore dell'evoluzione dei Pokémon, e il suo assistente, il personaggio giocabile non selezionato nel gioco: Lucas (ragazzo) o Dawn (ragazza). Dopo una breve discussione, il Professor Rowan e il suo assistente lasciano il lago, lasciando una valigetta dietro. Quando vengono attaccati da Starly selvatici, il protagonista e il suo rivale esaminano la valigetta. Al giocatore viene quindi data la scelta tra i tre Pokémon trovati nella valigetta (Turtwig, Chimchar o Piplup) con cui sfidare lo Starly. Dopo aver sconfitto lo Starly, Lucas o Dawn recupera e restituisce la valigetta al Professor Rowan. Notando che si è instaurato un legame tra il giovane protagonista e il Pokémon da lui/la sua scelta, Rowan glielo offre, chiedendo che intraprenda un viaggio e completi il suo Pokédex. Il protagonista incontra l'antagonista principale, Team Galactic, all'inizio del gioco, quando deve salvare il Professor Rowan dai suoi teppisti; tuttavia i suoi motivi non sono chiari fino a più tardi. Il protagonista incontra il Team due volte (quando prende il controllo di una centrale eolica e quando rapisce una base a Eterna City) prima di occupare i tre laghi di Sinnoh nel tentativo di catturare i Mirage Pokémon (Uxie, Azelf e Mesprit). Poco dopo che il giocatore ottiene il settimo Distintivo della palestra, Team Galactic cattura i Mirage Pokémon e li imprigiona all'interno del laboratorio scientifico dell'edificio della Sede Centrale del Team Galactic, dove i suoi membri estraggono cristalli dai Pokémon per creare la Red Chain, un oggetto in grado di controllare i Pokémon leggendari Palkia (in Pearl) o Dialga (in Diamond) (entrambi presenti in Pokémon Platinum, sebbene Giratina appaia dopo). Dopo aver liberato il trio, il protagonista è in grado di accedere alla grotta in cima al Mt. Coronet, dove il capo del Team Galactic risveglia Dialga o Palkia. I poteri del Pokémon leggendario iniziano a sopraffare Sinnoh, costringendo i recentemente liberati Uxie, Azelf e Mesprit a cercare di fermarlo. A quel punto il giocatore affronta Palkia o Dialga; dopo aver sconfitto o catturato i Pokémon, Sinnoh torna alla normalità. Dopo di questo, il giocatore continuerà, arrivando a sfidare la Elite Four della Lega Pokémon della regione di Sinnoh: Aaron, Bertha, Flint e Lucian. Dopo aver sconfitto tutti e quattro i membri, il giocatore combatterà contro la campionessa della Lega di Sinnoh, una donna di nome Cynthia, che era già apparsa nel gioco. Se il protagonista sconfigge Cynthia, diventa il nuovo Campione della Lega di Sinnoh e il gioco finisce. Dopo aver battuto il gioco, c'è una nuova isola da esplorare piena di altri tipi di Pokémon. Il vecchio amico, che in passato lo aveva sfidato più volte, lo aspetterà qui. L'amico lo sfiderà in un'altra battaglia. Sull'isola ci sono anche negozi e un centro tornei.