À Paris, une riche héritière s'éprend de Jerry Mulligan (Gene Kelly), un jeune peintre américain. Mais celui-ci tombe amoureux de Lise (Leslie Caron), qui est elle-même promise à un autre homme, Henri.
In Broome in 1969, Willie Johnson (Rocky McKenzie) is having trouble wooing his girl Rosie (Jessica Mauboy), who ends up with a bandleader named Lester (Dan Sultan). His mother Theresa (Ningali Lawford) sends him back to boarding school in Perth to continue his education for the priesthood. One night, he and several others steal food from the college kitchen but are caught. Willie admits to being the thief, but runs away before he can be punished. He spends the night on the streets of Perth before meeting up with 'Uncle' Tadpole (Ernie Dingo), who offers to help him get home. They go to Fremantle where Tadpole allows himself to be run over by a Kombi van, hoping that the two hippies inside will help him. Not realising how far it will be to Broome, the hippies, 'Slippery' the German (Tom Budge) and Annie (Missy Higgins), his girlfriend, agree to drive them.
Mike Windgren arrive à Acapulco en tant que marin à bord d'un yacht. Lorsqu'il est licencié, Raoul, un cireur de chaussures qui l'a entendu chanter, devient son manager et lui trouve un travail, à la fois comme chanteur remplaçant à l'hôtel Hilton, et comme remplaçant de Moreno, le maître-nageur à la piscine de l'hôtel. Mike flirte avec Dolores, une femme matador, et avec Maggie, qui travaille à l'hôtel. Raoul obtient des engagements pour Mike dans d'autres clubs, où il fait sensation. Moreno, épris de Maggie et jaloux de Mike, apprend que ce dernier a été jadis trapéziste mais qu'il a le vertige depuis un accident qui a causé la mort de son partenaire. Les deux hommes se battent et Moreno, blessé, ne peut assurer son plongeon habituel du haut de la Quebrada. Luttant contre sa peur, Mike se substitue à lui et fait un plongeon parfait. Mike prévoit alors de retourner aux États-Unis avec Maggie et Raoul, et de reprendre son numéro de cirque.
Durant l'un de leurs concerts sur leur planète natale (chanson « One More Time »), quatre musiciens extra-terrestres à la peau bleue (Octave, chanteur et joueur de synthétiseur ; Arpegius, guitariste ; Stella, bassiste et Baryl, batteur) sont enlevés par un commando d'élite venu d'outre-espace qui repart aussitôt dans un vaisseau spatial (chanson « Aerodynamic »). L'équipe de surveillance, débordée, a le temps d'envoyer in extremis un message d'alerte à un pilote, Shep, qui semble ami du groupe. Shep est endormi dans son vaisseau et rêve de Stella dont il est secrètement amoureux : réveillé en sursaut, il se lance à la poursuite des ravisseurs et suit leur vaisseau à travers un trou de ver jusque sur Terre, où il s'écrase (chanson « Digital Love »). Ramenés sur Terre dans le plus grand secret, les quatre musiciens sont transformés en humains à l'aide d'une machinerie complexe (chanson « Harder, Better, Faster, Stronger »). Sous la direction d'un mystérieux imprésario aux cheveux gris, ils deviennent des stars planétaires au sein du groupe The Crescendolls (chanson « Crescendolls »). Mais cette célébrité a un prix : ils sont contrôlés psychologiquement par leur imprésario, les privant ainsi de tout souvenir et de tout sentiment. Surmenés, ils sont épuisés et strictement contrôlés par les vigiles de leur imprésario. Pendant ce temps, Shep parvient jusqu'à la ville où résident les Crescendolls et découvre ce qui leur est arrivé (chanson « Nightvision »).
L'action se déroule entre 1955 et 1960. John Lennon est un adolescent élevé par sa tante « Mimi » et son oncle George dans une maison du quartier de Woolton à Liverpool surnommée « Mendips ». L'oncle George, dont le jeune John est très proche, meurt d'une hémorragie au début du film.
Janey débarque en ville avec sa famille, et se lie rapidement d'amitié avec Lynne. Toutes deux partagent en effet une véritable passion pour la danse. Lorsqu'une compétition de danse par couple lors d'une émission télévisée est organisée, Janey et Lynne souhaitent participer. Mais le père de Janey s'oppose violemment à ce projet.
Lorsque Karthik rencontre Shakti, il tombe immédiatement amoureux d'elle. Pourtant, la partie est loin d'être gagnée : Shakti préfère se consacrer à ses études de médecine et quand Karthik parvient enfin à la convaincre, le couple doit faire face à l'opposition de leurs parents respectifs. Ils décident alors de se marier en secret et d'affronter seuls les aléas de la vie à deux.
Eddie Marsh (Gene Kelly) est un acrobate qui s'est engage dans l'armée à cause de la guerre. Dès ses débuts au régiment il fait la connaissance de Kathryn Jones (Kathryn Grayson), la jolie fille du colonel. Leur relation va rencontrer des obstacles, notamment la désapprobation du père de la jeune fille.
Christine Evans (Jane Powell), fille de Jeffrey Evans (Walter Pidgeon), qui lui est ambassadeur des États-Unis au Mexique est désignée en tant qu'organisatrice de la fête que son père a prévue. Christine engage le légendaire chef de groupe latin Xavier Cugat et la chanteuse fougueuse Toni Karpathy (Ilona Massey) pour le spectacle malgré l'ignorance du fait que Toni est une ancienne amie de son père (Jeffrey). La confusion romantique règne encore plus lorsque que Christine tombe amoureuse d’un pianiste vieillissant (José Iturbi), qu’une adolescente Yvette (Helene Stanley) tombe pour Jeffrey et que Jeffrey rencontre Toni dans les jours qui précèdent la fête (confusion romantique tout le long du film).
L'histoire romancée de la carrière de la chanteuse de jazz Ruth Etting et de son mariage tumultueux avec le gangster Marty Snyder qui l'aida à gravir les échelons du showbusiness.
À Hambourg, en 1939, l'Allemagne nazie entre en guerre et recrute parmi la jeunesse allemande. Mais un groupe de jeunes, bientôt surnommés « Jeunesse Swing » (Swingjugend), se rebelle par le biais d'une musique rythmée venue des États-Unis et ose s'opposer aux puissantes autorités qui les entourent. Peter et Thomas, deux Swing Kids talentueux et influents, après un vol de radio vont devoir s'engager dans les jeunesses hitlériennes. Les deux amis vont devoir choisir entre leur propre liberté ou la loyauté au Troisième Reich.