1973년, 샌 디에이고 고등학교를 다니는 15세의 윌리암 밀러(패트릭 후지트 분)는 엄마 엘라인(프랜시스 맥도먼드 분)와 함께 살고 있다. 가출한 누나 아니타가 놓고 간 락 레코드를 들으며 자란 윌리암은 친구들과 어울리지 못하는 괴짜이며, 레드 제플린, 페이시스, 더 후, 험블 파이 등의 명 그룹들의 음악만이 유일한 벗이다. 학교 신문에 음악평을 기고했다가 우연한 기회에 록 매거진의 편집장인 록 비평의 선구자 레스터 뱅스(필립 세이모어 호프먼 분)와 친해진 윌리암은 최고 인기의 락그룹 블랙 사바스와 인터뷰할 수 있는 기회를 가지게 된다. 사바스의 공연무대 뒷편에서 '스틸워터(Stillwater)'를 만나 색다른 감동을 느낀 그는 허풍을 쳐서 롤링 스톤즈에서 요청한 스틸워터 그룹의 전국투어 기사를 쓸 수 있는 기회를 얻는다. 그렇게 윌리암은 어머니의 암묵적 허락하에 밴드의 투어에 합류한다. 투어 도중 윌리암은 밴드의 리드 기타리스트로 인기 급부상중인 러셀 하몬드(빌리 크루덥 분)와 친분을 쌓고, 스틸워터의 열광적인 팬인 페니 레인(케이트 허드슨 분)과 사랑에 빠진다. 하지만 러셀을 질투라는 리드 싱어 제프 베베(제이슨 리 분)와 러셀 사이에 팽팽한 긴장감과 사랑하는 페니가 유부남 러셀과 자신보다 더 가까운 관계라는 사실을 알게되는 등, 윌리암이 맞딱드린 것은 자신이 동경하던 이들의 진실과 마주하면서 겪는 고통과 좌절이었다.

특유의 유머와 제스쳐로 사람들에게 웃음을 선사하는 웨인(Wayne Campbell: 마이크 마이어스 분)과 가스(Garth Algar: 다나 카비 분). 그들은 유선방송을 통해 방영되고 있는 심야 코믹 토크쇼 '웨인즈 월드'를 함께 진행하고 있는 절친한 친구 사이이다. 1편에서 성인이 되어서도 자립하지 못하고 부모와 함께 살아야 하는 자신들의 상황을 한탄하던 두 사람은 드디어 분가에 성공하고, 웨인은 여전히 헤비메탈 여가수 카산드라(Cassandra: 티아 카레리 분)와 사귀고 있다. 그러나 바비 칸(Bobby: 크리스토퍼 월켄 분)이라는 재력있는 음반 제작자가 등장하며 둘 사이에 균열이 생기기 시작한다. 시간이 흐를 수록 카산드라는 더욱 성숙한 음악세계를 선보이고 결국 바비 칸의 지원하에 앨범 제작까지 하게된다. 그의 출현에 웨인은 점차 자신감을 잃게 되고, 설상가상으로 바비의 결혼작전에 휘말려 카산드라에게 결별을 선언한다. 그러나 날이 갈수록 카산드라에 대한 그리움이 짙어만 가는데...