Construite à la façon d'un policier, Filles d'Ariane suit l'enquête de Fleur, une jeune fille de quinze ans qui tente de comprendre qui était sa mère. Ses recherches l'amènent un jour à sonner à la porte d'un homme qu'elle croyait inconnu mais qui semble la reconnaître au premier regard. Fleur en est alors immédiatement convaincue : cet homme en sait plus qu’il ne veut l’admettre. Ensemble, ils décident de replonger dans le passé pour enfin révéler à la jeune adolescente le secret qui entoure sa naissance.