On New Year's Eve, high school juniors Troy Bolton (Zac Efron) and Gabriella Montez (Vanessa Hudgens) meet at a ski lodge party during winter break. The two are called upon to sing a duet together for karaoke ("Start of Something New"). Returning to school after break, Troy sees Gabriella in his homeroom. She explains that she has just moved to Albuquerque, New Mexico, and transferred to East High School over the break. As Troy shows Gabriella around the school, Drama Club President and East High's designated "Ice Princess" Sharpay Evans (Ashley Tisdale) assumes that Gabriella is interested in auditioning for the school musical, Twinkle Town. Wanting to eliminate competition, Sharpay has Scholastic Decathlon Captain and Chem Club president Taylor McKessie (Monique Coleman) investigate Gabriella's past academic achievements to recruit Gabriella for the Scholastic Decathlon. As a result, Taylor and Gabriella became friends over their shared interests. During basketball practice, Troy is distracted by thoughts of Gabriella and the idea that he might enjoy singing in addition to basketball ("Get'cha Head in the Game"). Gabriella and Troy go to the musical auditions where Sharpay and her twin brother Ryan Evans (Lucas Grabeel) perform ("What I've Been Looking For"). However, Troy and Gabriella are too shy to audition. When Gabriella gains the confidence to step forward once the auditions are unofficially declared "over", Troy offers to sing with her. However, drama teacher Ms. Darbus (Alyson Reed) tells them they are too late and leaves. Kelsi Nielsen (Olesya Rulin), the musical's composer, trips and drops her music all over the stage. Troy and Gabriella rush to help her and sing together as Kelsi plays on the piano ("What I've Been Looking For (Reprise)"). Overhearing their performance, Ms. Darbus gives them a callback audition. When the callback list gets posted, Sharpay discovers that she has competition for the lead role, while the Wildcats basketball team is shocked that Troy has auditioned. After finding out that Troy can do activities outside his clique, other students confess their secret passions and talents ("Stick to the Status Quo"). This alarms Taylor and Troy's best friend Chad Danforth (Corbin Bleu). Taylor and Chad come up with a plan to divert Troy and Gabriella from singing in the musical so they can focus on their upcoming competitions. In the locker room, Troy is tricked by his teammates into saying that Gabriella is not needed. Gabriella watches this via a hidden webcam that the scholastic decathlon team has set up. Upset by Troy's betrayal ("When There Was Me and You"), Gabriella decides to not audition for the musical. Troy, confused by Gabriella's decision, is unable to concentrate on the game, while Gabriella is low in spirits. Realizing their mistake, Chad and the basketball team tell Troy what happened and offer to support him in the callbacks. Taylor also explains to Gabriella but she doesn't believe Taylor's claims. That evening Troy goes to Gabriella's house, and they reconcile, determined to audition for the musical. Overhearing Gabriella and Troy rehearse, Sharpay asks Ms. Darbus to move the callbacks so they start at the same time as both Troy's basketball championship game and Gabriella's scholastic decathlon competition. Kelsi overhears the conversation, and the basketball and decathlon teams make a plan together. On the day of the competitions, Taylor and Gabriella use the school's computers to delay the championship game by hacking the power in the gym and causing a chemical reaction that forces an evacuation during the decathlon. Troy and Gabriella rush to the auditorium as Sharpay and Ryan finish their callback song ("Bop to the Top"). After Gabriella and Troy successfully perform their song ("Breaking Free"), Ms. Darbus gives them the lead roles, making Sharpay and Ryan understudies. Both teams win their respective competitions, and the entire school gathers in the gym to celebrate ("We're All In This Together"). Chad asks Taylor out, and Sharpay makes peace with Gabriella. In a post-credits scene, Zeke Baylor (Chris Warren Jr.) paces alone in the gym, when Sharpay runs in, declaring that the cookies he had given her that she had initially rejected are "genius." She hugs him, and he says he will make her a crème brûlée. Zeke smiles in victory.

På nyårsafton träffas gymnasieungdomarna Troy Bolton (Zac Efron) och Gabriella Montez (Vanessa Hudgens) vid en skidstuga under vintern. De två uppmanas att sjunga en duett tillsammans för karaoke ("Start of Something New"). När han återvänder till skolan efter paus ser Troy Gabriella i sitt hemrum. Hon förklarar att hon just har flyttat till Albuquerque, New Mexico, och flyttat till East High School över pausen. När Troy visar Gabriella runt skolan, antar Drama Club President och East Highs utsedda "Ice Princess" Sharpay Evans (Ashley Tisdale) att Gabriella är intresserad av audition för skolmusikalen Twinkle Town. Sharpay vill eliminera konkurrensen och har fått Scholastic Decathlon Captain och Chem Club-president Taylor McKessie (Monique Coleman) att undersöka Gabriellas tidigare akademiska prestationer för att rekrytera Gabriella till Scholastic Decathlon. Som ett resultat blev Taylor och Gabriella vänner över deras gemensamma intressen. Under basketövningen distraheras Troy av Gabriellas tankar och tanken att han kan njuta av att sjunga utöver basket ("Get'cha Head in the Game"). Gabriella och Troy går till de musikaliska auditionerna där Sharpay och hennes tvillingbror Ryan Evans (Lucas Grabeel) uppträder ("Vad jag har letat efter"). Men Troy och Gabriella är för blyg för att prova.När Gabriella får självförtroendet att gå framåt när auditionerna inofficiellt har förklarats "över", erbjuder Troy att sjunga med henne. Dramuslärare Darbus (Alyson Reed) säger dock att de är för sent och lämnar. Kelsi Nielsen (Olesya Rulin), musikalens kompositör, snubblar och tappar sin musik över hela scenen. Troy och Gabriella skyndar sig för att hjälpa henne och sjunga tillsammans när Kelsi spelar på piano ("Vad jag letat efter (Reprise)"). Darbus hör till deras prestanda och ger dem en återuppringningsprov. När återuppringningslistan publiceras upptäcker Sharpay att hon tävlar om huvudrollen, medan Wildcats basketlag är chockade över att Troy har testat. Efter att ha upptäckt att Troy kan göra aktiviteter utanför hans klick bekänner andra elever sina hemliga passioner och talanger ("Håll dig till Status Quo"). Detta larmar Taylor och Troys bästa vän Chad Danforth (Corbin Bleu). Taylor och Chad har en plan för att avleda Troy och Gabriella från att sjunga i musikalen så att de kan fokusera på sina kommande tävlingar. I omklädningsrummet luras Troy av sina lagkamrater till att säga att Gabriella inte behövs. Gabriella tittar på detta via en dold webbkamera som det skolastiska tävlingsteamet har satt upp. Upprörd av Troys svek ("When There Was Me and You") bestämmer Gabriella sig för att inte prova på musikalen.Troy, förvirrad av Gabriellas beslut, kan inte koncentrera sig på spelet, medan Gabriella är dålig i humör. När Chad och basketlaget inser sitt misstag berättar de för Troy vad som hände och erbjuder sig att stödja honom i återuppringningarna. Taylor förklarar också för Gabriella men hon tror inte på Taylors påståenden. Den kvällen går Troy till Gabriellas hus, och de försonar sig, beslutsamma att prova för musikalen. Överhörande Gabriella och Troy övar och ber Sharpay fru Darbus att flytta återuppringningarna så att de börjar samtidigt som Troys basketmästerskapsspel och Gabriellas skolastiska tävling i tävling. Kelsi hör över konversationen och basket- och tävlingslag gör en plan tillsammans. På tävlingsdagen använder Taylor och Gabriella skolans datorer för att fördröja mästerskapet genom att hacka kraften i gymmet och orsaka en kemisk reaktion som tvingar en evakuering under tiokampen. Troy och Gabriella rusar till auditoriet när Sharpay och Ryan avslutar sin callback-låt ("Bop to the Top"). Efter att Gabriella och Troy framgångsrikt framfört sin låt ("Breaking Free"), ger Darbus dem huvudrollerna, vilket gör Sharpay och Ryan understudier. Båda lagen vinner sina respektive tävlingar, och hela skolan samlas i gymmet för att fira ("Vi är alla i det här tillsammans"). Chad frågar Taylor och Sharpay sluter fred med Gabriella.I en post-kreditscen tar Zeke Baylor (Chris Warren Jr.) ensam i gymmet när Sharpay springer in och förklarar att kakorna han hade gett henne att hon ursprungligen avvisade är "geni". Hon kramar honom och han säger att han kommer att göra henne till en crème brûlée. Zeke ler i seger.