США, штат Нью-Мексико, город Альбукерке. На новогодней вечеринке оказываются два совершенно непохожих друг на друга подростка - Трой Болтон (Зак Эфрон), капитан и звездный игрок баскетбольной команды в местной школе Ист Хай, и Габриэлла Монтез (Ванесса Хадженс), застенчивая девушка-вундеркинд, с огромными познаниями в математике и химии. Неожиданно их обоих методом случайного выбора выбирают спеть песню на караоке. Хотя оба отказываются, заявляя, что не умеют петь, их всё же заталкивают на сцену, и они поют песню («Наверх в облака»). К собственному удивлению, они выясняют, что необыкновенно красиво поют вместе. Поражённые друг дургом, они в тот же вечер, встретив Новый Год вместе, они обмениваются телефонами.
После новогодних каникул Трой возвращается в школу, и перед уроком драмы видит, как в класс заходит Габриэлла. Пытаясь удостовериться, что это действительно она, он звонит ей, чем зарабатывает себе штрафные работы - мисс Дарбус (Элисон Рид), учительница драмы, терпеть не может, когда в классе звонят мобильники. Габриэлла, ответив на звонок, тоже получает наказание, и эта же участь постигает ещё четырёх человек: Чеда Дэнфорта (Корбин Блю), лучшего друга и товарища по команде Троя; Тэйлор МакКесси (Моника Колман), отличницу и президентшу местного научного клуба; и Райана (Лукас Грэйбил) и Шарпей (Эшли Тисдэйл) Эвансов, брата и сестру, звёзд всех школьных мюзиклов. После урока Трой и Габриэлла снова встречаются, приятно удивлённые тем, что оказались в одном классе. Беседуя, они подходят к доске объявлений, где учащиеся могут записываться на пробы в мюзикл, и советуют друг другу записаться, хотя сами не хотят. Записывается только Шарпей, которая то и дело кокетничает с Троем и подозрительно относится к Габриэлле.
На последующей тренировке Трой обнаруживает, что не может сосредоточиться на самой тренировке, потому что постоянно думает о Габриэлле и о музыке («Ты владеешь мячом»). Шарпей пытается познакомиться поближе с Габриэллой, но тут же оставляет эту затею, когда девочка демонстрирует свои знания на уроке химии. Шарпей считает ниже своего достоинства водиться с «ботаниками», однако Габриэлла привлекает внимание Тэйлор, которая вместе со своей командой готовится к предстоящей олимпиаде по химии. Вместе с Райаном, Шарпей находит в интернете информацию о Габриэлле - о её выдающихся способностях писали в новостях. Позже она подкладывает распечатку из интернета в шкафчик Тэйлор, и та открыто приглашает Габриэллу присоединиться к клубу. Обнаружив, что на тренировке по баскетболу отсутствуюи два игрока, тренер Джек Болтон, отец Троя (Барт Джонсон) отправляется в актовый зал, где Чед и Трой отрабатывают свои штрафные часы, велит им двоим немедленно идти в спортзал, а сам затевает свой давнишний спор с мисс Дарбус о том, чей предмет важнее.
Трой решает всё-таки прийти на прослушивания в школьный мюзикл, и ему удаётся сделать это без ведома Чеда и своего отца, которые его наверняка бы не поняли. Там он встречается с Габриэллой, но оба они слишком стесняются, чтобы открыто заявить о себе, и только смотрят прослушивания других. Под аккомпанемент фортепиано, на котором играет девочка-композитор Келси Нильсен (Олеся Рулин), все пытаются спеть одну и ту же песню, но по-настоящему достойно это удаётся сделать только Райану и Шарпей («В небе рисовать»). Между делом Шарпей успевает обидеть скромную Келси, накричав на неё. В последний момент Габриэлла всё же решается пройти на пробы, но она делает это слишком поздно - мисс Дарбус объявила окончание прослушивания, и не меняет своего решения, даже когда Трой появляется рядом и говорит, что споёт с ней. Когда все уходят в зале остаются только Трой, Габриэлла и Келси, которая, споткнувшись рассыпает все свои ноты. Трой вызывается ей помочь, и советует не обращать внимание на Шарпей, ведь Келси и сама по себе очень важна - какой мюзикл без композитора? Благодарная Келси играет для них песню в оригинальной версии (та, что спели Эвансы, была ими «доработана»), и Трой и Габриэлла вместе поют её («В небе рисовать», оригинальная версия). Мисс Дарбус, слышавшая их пение, назначает специально для них повторные прослушивания.
Видя, что назначены повторные прослушивания, Шарпей испытывает шок. Объявление о том, что Трой Болтон и Габриэлла Монтез также будут пробоваться в мюзикл, переворачивает с ног на голову всю школу. Вдохновлённые примером Троя, некоторые ученики признаются друзьям в своих скрытых увлечениях и талантах («Рушится шар земной»). Так, баскетболист Зик заяляет, что обожает печь торты и печенье, толстушка Марта из компании «ботаников» признаётся, что её стратсь - хип-хоп и другие подобные танцы, а парень из тусовки «крутых ребят» рассказывает, что умеет и любит играть на виолончели. Однако их друзья не одобряют такой самодеятельности.
Трой приглашает Габриэллу на крышу школы, в маленький сад, где они разговаривают, и признаются, что нравятся друг другу. В частности, Габриэлла говорит Трою, что петь с ним - это всё равно, что в детском саду, играя в песочнице, встретить другого малыша. Они знакомы так мало времени, но обоим кажется, что они уже очень хорошо друг дурга знают. Они решают всё-таки не отступаться от своего решения и попробоваться в мюзикл. От Келси они получают ноты и слова новой песни и в свободное время разучивают её.
Чед и Тэйлор решают положить конец подготовке Троя и Габриэллы к прослушиваниям и тем самым вернуть всё в школе на круги своя. Для этого команда «Дикие коты» заманивает Троя в раздевалку и провоцирует его сказать, что, якобы, мюзикл его совершенно не интересует, а Габриэлла тем более. Они снимают на видео, как он это говорит, после чего Тэйлор показывает это Габриэлле. Не понимая, что Трой говорит это только для того, чтобы заработать уважение команды, она воспринимает это всерьёз и очень расстраивается. Хотя ей ужасно больно («Ария Габриэллы»), она соглашается участвовать в олимпиаде и при первой встрече с Троем разрывает с ним отношения и говорит, что не будет участвовать в мюзикле. Сбитый с толку Трой не понимает, в чём дело, и тоже очень расстраивается. Вскоре, однако, Тэйлор и Чед видят, какую совершили ошибку - друг без друга Трой и Габриэлла просто не могут. Он никак не может сосредоточиться на баскетболе (раньше он почти всегда попадал в кольцо, а теперь то и дело промахивается), а она - на химии и предстоящей олимпиаде. Тогда Чед и Тэйлор решают исправить содеянное. Баскетболисты рассказывают Трою правду, а Тэйлор рассказывает Габриэлле - но девушка не хочет прощать Троя, так как она по-прежнему убеждена, что он имел ввиду то, что сказал. Чтобы помимриться с ней, Трой приходит к ней домой. Он взбирается по дереву к ней на балкон, где поёт ей их самую первую песню - «Наверх в облака». Поняв, что он действительно сожалеет о том, что сказал, Габриэлла прощает его, они мириться и продолжают репетиции вместе с Келси.
Шарпей и Райан, однажды услышав, как они поют, понимают, что у них появилась серьёзная конкуренция, и решают избавиться от неё. Для этого они уговаривают мисс Дарбус перенести повторные прослушивания на тот же день и тот же час, что и баскетбольный матч и олимпиада по химии, рассчитывая, что тогда Трой и Габриэлла не смогут прийти. Однако «Дикие коты» - не только команда, но и научный клуб под началом у Тэйлор, а так же Келси - придумывают план, как позволить своим друзьям всё-таки выступить. Для этого Тэйлор во время проведения матча и олимпиады пересылает компьютерный вирус, который выводит из строя табло со счётом в спортзале (тем самым останавливая матч) и заставляет одну из смесей во время олимпиады начать выделять ужасно вонючий пар, благодаря чему олимпиада завершается досрочно. Тем временем в актовом зале Райан и Шарпей уже закончили петь свою новую песню («По головам»). Мисс Дарбус дважды объявляет имена Троя и Габриэллы, и только после второго раза они прибегают. Поначалу строгая учительница не хочет позволять им участвовать ввиду их опаздания, но капитулирует, когда вся разношёрстная компания «Диких котов» приходит в зал посмотреть на них. Келси садится за рояль, и играет песню, но Габриэлла не может заставить себя петь - у неё боязнь сцены и публики. Тогда Трой просит её вспомнить, как они пели в первый раз, и смотреть только на него, не обращая внимания на других. После этого они всё же поют свою песню («Наш звёздный час»), ко всеобщему восторгу зрительного зала. Трой и Габриэлла получают главные роли в мюзикле, а Райана и Шарпей назначают их дублёрами.
Олимпиада выиграна командой Габриэллы, но матч ещё надо доигрывать. Под командованием Троя «Дикие коты» впервые за четыре года побеждают своих соперников. Шарпей наконец-то смиряется с поражением и желает Габриэлле «сломать ногу», что в актёрском сленге считается пожеланием удачи. Все вместе «Дикие коты» празднуют свою победу («Рука к руке, дружнее»).