特洛伊（扎克·埃夫隆 Zac Efron饰）和盖布利拉（瓦妮莎·哈金斯 Vanessa Hudgens饰）本是分属两个世界的年轻人。特洛伊从小就作为篮球种子来培养，而盖布利拉则是个高智商的学习优秀学生。新年晚会两人被推上舞台，合唱了一首美妙的歌，彼此的内心都燃起了火花。
碰巧的是，两人竟成为了高中同班同学。艺术老师打算挑选合适的人选参演一部音乐剧，特洛伊和盖布利拉凭着优美默契的歌声打动了老师。要获得最终的演出资格，他们还得在第二轮面试中打败对手，然而，事情却起了波折。
这边篮球队正为了一场重要的比赛而加紧训练，队员纷纷要求特洛伊专心练球；那边学术比赛即将开始，众人反对队员盖布利拉为音乐剧的事情分心。更糟糕的是，他们的竞争对手从中作梗，把篮球赛、学术比赛和音乐剧面试排在了同一天。鱼与熊掌该怎样取舍，两个年轻人当机立断，妙计横生。
除夕夜，高中生特洛伊·博尔顿和加布里埃拉·蒙特兹在寒假期间的滑雪小屋聚会上相遇。两人被要求一起唱卡拉OK二重唱（ “新事物的开始”）。课间休息后回到学校，特洛伊在班级教室里看到了加布里埃拉。她解释说，她刚刚搬到新墨西哥州阿尔伯克基，并在放假期间转学到东部高中。当特洛伊带着加布里埃拉参观学校时，戏剧俱乐部主席夏佩·埃文斯假设加布里埃拉有兴趣参加学校音乐剧的试镜。为了淘汰对手，夏佩发现了加布里埃拉过去的学业成绩，并匿名告知了学术十项全能队长泰勒·麦凯西，因此她将招募加布里埃拉加入球队。泰勒和加布里埃拉因共同的兴趣成为朋友。
在一次篮球训练中，特洛伊被加布里埃拉的想法和他除了篮球之外可能喜欢唱歌的想法分散了注意力（“Get'cha Head in the Game”）。加布里埃拉和特洛伊去参加音乐剧试镜，夏佩和她的双胞胎兄弟瑞安·埃文斯表演了“我一直在寻找的东西”。然而，特洛伊和加布里埃拉对试镜犹豫不决。当加布里埃拉有信心在试镜非正式宣布“结束”后挺身而出时，特洛伊主动提出和她一起唱歌。然而，戏剧老师达布斯女士告诉他们已经太晚了并离开了。音乐剧作曲家凯尔西·尼尔森 (Kelsi Nielsen) 将她的乐谱掉到了舞台上；特洛伊和加布里埃拉冲过去帮助她，一起唱同一首歌。女士在无意中听到了他们的表演。
当回电名单发布后，夏佩对主角的竞争感到愤怒，而野猫队篮球队则对特洛伊参加试镜感到震惊。在发现特洛伊可以在他的派系之外进行活动后，其他学生承认了他们秘密的热情和才能（“坚持现状”）。这惊动了泰勒和特洛伊最好的朋友查德·丹福斯。泰勒和查德想出了一个计划，让特洛伊和加布里埃拉不再在音乐剧中唱歌，这样他们就可以专注于即将到来的比赛。
在更衣室里，特洛伊被队友欺骗说加布里埃拉和试镜对他来说并不重要。加布里埃拉通过学术十项全能团队设置的隐藏网络摄像头观看这一过程。加布里埃拉对特洛伊的背叛和对她的无情漠视感到不安（《当有我和你》），她决定不试镜这部音乐剧，并与特洛伊保持距离。特洛伊对加布里埃拉的行为感到困惑，无法专心比赛，而加布里埃拉则情绪低落。查德和篮球队意识到自己的错误，告诉特洛伊发生了什么事，并表示愿意在回电中支持他。泰勒还向加布里埃拉解释说她错了，但加布里埃拉否认了这一点，认为特洛伊是认真的。那天晚上，特洛伊去了加布里埃拉家，在那里他解释了真相，他们和解了，
夏佩无意中听到加布里埃拉和特洛伊排练，要求达布斯女士移动回调，以便特洛伊的冠军赛和加布里埃拉的学术十项全能比赛同时开始。凯尔西无意中听到了谈话，篮球队和十项全能队一起制定了计划。比赛当天，泰勒和加布里埃拉利用学校的电脑侵入体育馆的电源，引发化学反应，迫使十项全能期间的人员疏散，从而推迟了冠军赛的举行。当夏佩和瑞安完成他们的回调歌曲（“Bop to the Top”）时，特洛伊和加布里埃拉冲向礼堂。加布里埃拉和特洛伊成功演唱了歌曲“ Breaking Free ”后，达布斯女士让他们担任主角，让夏佩和瑞安替补。两支球队都赢得了各自的比赛，整个学校聚集在体育馆庆祝（“我们在一起”）。查德约泰勒出去，夏佩与加布里埃拉休战。
在片尾彩蛋中，泽克·贝勒独自在健身房里踱步，这时夏佩跑了进