Troy, le capitaine de l'équipe de basketball, et Gabriella, une jeune fille timide douée en mathématiques, partagent une passion secrète pour le chant. Malgré leurs différences, ils décident d'unir leurs forces pour participer à la comédie musicale de leur lycée, se heurtant à l'ordre social établi. A force de volonté et de détermination, ils réussiront à convaincre les autres étudiants et à aller au bout de leur rêve.
En 1948, Clément Mathieu, professeur de musique sans emploi accepte un poste de surveillant dans un internat de rééducation pour mineurs ; le système répressif appliqué par le directeur, Rachin, bouleverse Mathieu. En initiant ces enfants difficiles à la musique et au chant choral, Mathieu parviendra à transformer leur quotidien.