Film Dear Evan Hansen berfokus pada Evan Hansen, remaja 17 tahun yang hidup dengan kecemasan sosial dan depresi. Atas saran terapisnya, Dr. Sherman, Evan diminta menulis surat untuk dirinya sendiri tentang alasan mengapa 'hari ini akan menjadi hari yang baik'.

Sang ibu, Heidi, juga mendorong Evan agar meminta orang-orang menandatangani gips lengannya, akibat jatuh dari pohon, sebagai cara sederhana untuk membuka pertemanan. Di sekolah, Evan menulis surat itu sambil bertanya-tanya apakah ada yang akan menyadari jika dirinya menghilang.

Suatu hari, Connor Murphy, teman sekolahnya, bersedia menandatangani gips Evan dengan tulisan besar. Connor kemudian menemukan surat Evan dan marah karena di dalamnya menyebut nama adiknya, Zoe, yang diam-diam disukai Evan. Mengira surat itu ditulis untuk memprovokasinya, Connor pergi sambil membawa surat tersebut.

Tiga hari kemudian, Evan dipanggil ke ruang kepala sekolah dan diberi tahu oleh orang tua Connor, Cynthia dan Larry, bahwa Connor meninggal dunia. Upaya Evan untuk menjelaskan kebenaran justru disalahpahami; surat yang dibawa Connor dianggap sebagai surat perpisahan yang ditujukan untuk Evan, sementara nama Connor di gips Evan menguatkan keyakinan mereka.

Evan lalu diundang makan malam ke rumah keluarga Murphy. Tertekan oleh harapan Cynthia, Evan menciptakan kisah palsu tentang persahabatannya dengan Connor, termasuk cerita bahwa lengannya patah saat mereka bersama di sebuah kebun apel. Ia meminta bantuan Jared, teman keluarganya, untuk membuat email-email lama seolah-olah ia benar-benar dekat dengan Connor.

Sementara itu, Zoe bertanya-tanya mengapa namanya muncul dalam surat Connor, mengingat hubungan mereka yang rumit di masa lalu. Evan, yang masih tak sanggup berkata jujur, menyampaikan perasaannya kepada Zoe dengan berpura-pura berbicara dari sudut pandang Connor.

Seorang siswi lain, Alana Beck, mengusulkan 'The Connor Project', sebuah inisiatif sekolah untuk mengenang Connor dan meningkatkan kesadaran kesehatan mental. Dalam sebuah acara sekolah, Evan menyampaikan pidato tentang kesepian dan persahabatannya dengan Connor.

Video pidato itu viral dan memberi harapan bagi banyak orang yang berjuang dengan kesehatan mental. Respons positif tersebut membuat keluarga Murphy tersentuh, dan Zoe berterima kasih kepada Evan karena telah membantu mereka melewati masa duka, meski kebohongan Evan kian membesar.