La destinée de Stargirl alors qu’elle s’apprête à gagner la Californie en compagnie de sa mère Ana, embauchée pour réaliser les costumes d’un film à Los Angeles. La jeune fille, qui espère concrétiser ses rêves et devenir chanteuse professionnelle, y fait la connaissance de personnages aux profils très variés, dont M. Mitchell, son voisin ; les frères Evan et Terrell, deux réalisateurs en herbe ; et Roxanne Martel, une musicienne qu’elle admire.

Le jeune Sammy Fabelman tombe amoureux du cinéma après que ses parents l'ont emmené voir The Greatest Show on Earth. Armé d'une caméra, Sammy commence à faire ses propres films à la maison, pour le plus grand plaisir de sa mère qui le soutient.

Avant le vernissage de son exposition, le quotidien d'une artiste et son rapport aux autres, le chaos de sa vie va devenir sa source d'inspiration.