Ryan Gosling memerankan Sebastian Seb Wilder, seorang musisi jazz yang terjebak kemacetan Los Angeles saat tanpa sengaja bersitegang dengan Mia Dolan. KLovers, momen itu menjadi awal pertemuan dua anak muda yang sama-sama mengejar mimpi di kota penuh ilusi.

Di sisi lain, Emma Stone sebagai Mia Dolan menjalani hari berat sebagai aktris pendatang. Audisinya berantakan ketika sutradara sibuk menerima telepon di tengah adegan emosional.

Malamnya, teman- teman sekamarnya mengajak Mia ke pesta glamor di Hollywood Hills dengan harapan kariernya melejit, namun ia justru pulang dengan kekecewaan setelah mobilnya diderek.

Ryan Gosling kembali tampil saat Seb bermain piano di sebuah restoran. Meski sudah diperingatkan hanya memainkan lagu Natal tradisional, Seb tergoda berimprovisasi jazz. Mia yang lewat mendengar permainan itu dan terkesan, tetapi ia menyaksikan Seb dipecat karena melanggar aturan.

Ketika Mia mencoba memujinya, Seb justru pergi begitu saja. Beberapa bulan kemudian, mereka bertemu lagi di pesta lain saat Seb bermain di band pop era 1980-an. Keduanya berjalan bersama menuju mobil, saling tertarik namun menutupi perasaan itu dengan candaan.

Emma Stone menunjukkan sisi penuh ambisi saat Mia mengajak Seb berkeliling lokasi Warner Bros tempatnya bekerja sebagai barista. Seb lalu mengenalkan dunia jazz dan mimpinya membuka klub sendiri.

Hubungan mereka makin dekat lewat kencan spontan, bioskop, hingga malam romantis di Observatorium Griffith. Saat audisi Mia terus gagal, Seb mendorongnya menulis pertunjukan tunggal. Keduanya akhirnya tinggal bersama dan berbagi harapan tentang masa depan.

John Legend berperan sebagai Keith, teman lama Seb yang mengajaknya bergabung dengan band jazz fusion. Tawaran ini memberi penghasilan tetap, meski musiknya jauh dari idealisme Seb.

Kesuksesan band justru memicu konflik. Mia merasa Seb menjauh dari mimpinya, sementara Seb menuding Mia hanya menyukainya saat ia belum berhasil. Puncaknya, Seb melewatkan pertunjukan Mia karena urusan band, membuat Mia patah hati dan pulang ke kampung halamannya.

Ryan Gosling menutup kisah ini saat Seb mendapat kabar audisi penting untuk Mia dari seorang casting director. Ia segera menyusul Mia dan meyakinkannya untuk kembali mencoba, membuka jalan menuju keputusan besar tentang cinta dan mimpi yang tak selalu bisa berjalan seiring.