De gepassioneerd Broadway-regisseur Oscar Jaffe (John Barrymore) weet van een van zijn ontdekkingen, Lily Garland (Carole Lombard), een ster te maken. Vanwege Oscars alles overheersende gedrag vlucht Lily naar Hollywood. Nu zijn topattractie verdwenen is, gaat het met de carrière van Jaffe bergafwaarts. Bij toeval komt hij Lily weer tegen aan boord van de 20th Century Ltd., de trein van Chicago naar New York. Oscar trekt alles uit de kast om zijn voormalige ster een nieuw contract te laten tekenen.
Rond 1660 is Edward 'Ned' Kynaston de meest gevierde actrice van Engeland. Het is namelijk verboden voor vrouwen om op toneel op te treden. Ned profiteert hiervan door gebruik te maken van zijn schoonheid en doordat hij vrouwelijke rollen perfect kan neerzetten. Koning Charles II is het zat om telkens weer dezelfde artiesten te zien in dezelfde tragedies. Omdat niemand zijn suggesties om "Othello" op te leuken met een paar goede grappen serieus neemt, besluit de koning om de koninklijke toneelstukken interessanter te maken door echte vrouwen mee te laten spelen. Dit is goed nieuws voor de brutale minnares van de koning. Voor Ned komt dit nieuws natuurlijk hard aan. Van de ene op de andere dag is hij een nobody totdat Maria, een rijzende ster, besluit om weer een man van Ned te maken.
Wanneer Troy (Zac Efron) en Gabriella (Vanessa Hudgens) tijdens een karaoke wedstrijd met elkaar zingen ontdekken ze dat ze talent hebben. Maar er worden van allebei hele andere dingen verwacht op hun school. Troy moet het basketbalteam leiden naar de overwinning en Gabriella moet hetzelfde met haar scheikundeclub. Als hun 'groep' erachter komt dat zij auditie hebben gedaan, dwarsbomen zij hun plannen. Tevens zijn de sluwe broer en zus Sharpay (Ashley Tisdale) en Ryan (Lucas Grabeel) ook van plan de hoofdrollen te krijgen en ze zijn tot alles bereid om dat voor elkaar krijgen.
Arnold (Owen Wilson) is een Broadway-regisseur die een voormalig prostituee genaamd Izzy (Imogen Poots) ontmoet, die tegenwoordig als actrice werkzaam is. Ondanks dat Arnold getrouwd is, krijgt hij gevoelens voor haar en wordt hij verliefd. Vervolgens probeert hij haar verder te helpen in haar carrière.