Il gioco racconta le avventure di un nuovo allenatore di Pokémon che cerca di diventare Campione della Lega Pokémon raccogliendo e allenando Pokémon. Come nella maggior parte dei giochi della serie, Diamond e Pearl presentano otto capipalestra guidate dai capipalestra Roark, Gardenia, Maylene, Wake, Fantina, Byron, Candace e Volkner, che fungono da boss e ricompensano allenatori abili con i distintivi di palestra, chiave per l'avanzamento della trama. Come in Ruby e Sapphire, anche qui il protagonista deve contrastare i piani di una gang criminale (e qui è Team Galactic), che progetta di usare i Pokémon per riorganizzare la regione in un'utopia. Come tutti gli altri RPG di Pokémon, Diamond e Pearl iniziano nel paese natale del protagonista. Dopo aver visto un reportage televisivo su una ricerca condotta dai media per un Red Gyarados, avvistato in un lago lontano (il Lago della Rabbia di Johto), il protagonista e il suo migliore amico partono insieme per controllare il lago locale alla ricerca di un Pokémon simile. Incontrano il Professor Rowan, un ricercatore di evoluzioni 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. Quando vengono attaccati da Starly selvatiche, il protagonista e il suo rivale esaminano la valigetta. Il giocatore riceve quindi una scelta tra i tre Pokémon trovati nella valigetta (Turtwig, Chimchar o Piplup) con cui affrontare lo Starly. Dopo aver sconfitto lo Starly, Lucas o Dawn recuperano e restituiscono al Professor Rowan la valigetta. Notando che si è forgiato un legame tra il giovane protagonista e il Pokémon scelto, Rowan lo offre al protagonista, chiedendo che egli intraprenda un viaggio e completi il suo Pokédex. Il protagonista incontra l'antagonista principale, Team Galactic, già all'inizio del gioco, quando deve salvare il Professor Rowan dai suoi scagnozzi; tuttavia, i suoi motivi non sono chiari fino a più avanti. Team Galactic compare due volte (quando prende il controllo di un parco eolico e quando stabilisce una base a Eterna City) prima di prendere il controllo dei tre laghi di Sinnoh nel tentativo di catturare i Pokémon Mirage (Uxie, Azelf e Mesprit). Poco dopo che il giocatore ottiene il settimo distintivo di palestra, Team Galactic cattura i Mirage Pokémon e li imprigiona all'interno del laboratorio scientifico dell'edificio della Sede Centrale di Team Galactic, dove i suoi membri estraggono cristalli dai Pokémon per creare la Red Chain, un oggetto che può controllare i leggendari Pokémon Palkia (in Pearl) o Dialga (in Diamond) (entrambi in Pokémon Platinum, sebbene Giratina appaia dopo questo). Dopo aver liberato il trio, il protagonista può accedere alla grotta sulla cima del Mt. Coronet, dove il capo di Team Galactic risveglia Dialga o Palkia. I poteri del Pokémon leggendario iniziano a sopraffare Sinnoh, costringendo i nuovi Uxie, Azelf e Mesprit a cercare di fermarlo. Il giocatore affronta quindi Palkia/Dialga; dopo aver sconfitto o catturato i Pokémon, Sinnoh torna alla normalità. Dopo questo, il giocatore continuerà, sfidando infine la Elite Four della Lega Pokémon della regione Sinnoh: Aaron, Bertha, Flint e Lucian. Dopo aver sconfitto tutti e quattro i membri, il giocatore affronterà il campione della Lega di Sinnoh, una donna chiamata Cynthia, che era già apparsa in precedenza nel gioco. Se il protagonista batte Cynthia, diventa il nuovo campione della Lega di Sinnoh, battendo il gioco. Dopo che il giocatore batte il gioco, c'è una nuova isola da esplorare piena di altri tipi di Pokémon. Il suo vecchio amico, che in passato lo aveva sfidato a battaglie più volte, lo aspetterà qui. L'amico vecchio sfiderà il giocatore a un'altra battaglia. Su questa isola ci sono anche negozi e un centro tornei.