Film Sitaare Zameen Par mengikuti kisah Gulshan Arora, seorang pelatih basket yang dulu menjanjikan namun kini kehilangan arah. Hidupnya berubah drastis ketika ia mendapat hukuman dari pengadilan akibat kasus mengemudi dalam keadaan mabuk, yang memaksanya melatih tim basket berisi pemain dengan kebutuhan intelektual khusus.

Awalnya, Gulshan merasa tugas tersebut sangat berat. Ia kesulitan memahami karakter dan kebutuhan unik para pemainnya, sehingga kerap kehilangan kesabaran dan merasa kewalahan. Namun, seiring waktu, ia mulai mengenal lebih dekat perjuangan serta potensi masing-masing anggota tim.

Perubahan besar terjadi ketika Gulshan berhasil membantu Guddu, salah satu pemain, mengatasi ketakutannya terhadap mandi, sebuah fobia yang selama ini mengganggu hidupnya. Keberhasilan kecil itu menjadi titik awal terjalinnya hubungan yang lebih dalam antara Gulshan dan timnya. Tak lama, tim juga kedatangan anggota baru bernama Golu Khan, sosok ceria yang membawa energi positif dan semangat baru bagi seluruh tim.

Meski menghadapi berbagai tantangan, semangat dan tekad mereka tak pernah padam. Usaha keras tersebut akhirnya membawa mereka lolos ke turnamen basket besar di Mumbai. Dalam perjalanan menuju kota itu, Gulshan juga menghadapi ketakutannya sendiri terhadap lift, sesuatu yang selama ini ia hindari, dan berhasil mengatasinya.

Setibanya di Mumbai, Gulshan dikejutkan oleh fakta bahwa ibunya menjalin hubungan dengan koki keluarga mereka. Penemuan ini membuatnya terguncang secara emosional, di tengah tekanan yang ia hadapi sebagai pelatih.

Saat turnamen berlangsung, tim tampil dengan penuh semangat dan percaya diri. Meski akhirnya kalah di pertandingan final, kekalahan itu tidak mematahkan semangat mereka. Justru, mereka merayakan perjalanan, perkembangan, dan ikatan yang telah terjalin. Dalam momen refleksi, Gulshan menyadari bahwa selama ini bukan hanya ia yang mengajari mereka, tetapi justru para pemainlah yang mengajarinya tentang arti keteguhan, penerimaan, dan kebahagiaan sejati.