Het vrijgevochten meisje Stargirl Caraway is een tiener met een lieve stem wiens eenvoudige daden van vriendelijkheid magie in het leven van anderen brengen. Stargirl verhuist naar Los Angeles nadat haar moeder Ana wordt ingehuurd als kostuumontwerpster voor een film. In Hollywood raakt Stargirl al snel in contact met een reeks opvallende mensen, waaronder de ambitieuze film-makende broers Evan en Terrell, buurman dhr. Mitchell en Roxanne Martel, een muzikante die Stargirl bewondert.