Después de dos películas de verdadera amistad tonteando sin parar, Poppy (Anna Kendrick) y Branch (Justin Timberlake) han formalizado su relación. Según se van conociendo y acercando más, Poppy se da cuenta de que Branch tiene un pasado oculto. En su día, fue miembro de la banda musical favorita de nuestra heroína, BroZone: una 'boyband' compuesta por él y sus cuatro hermanos: Floyd (Troye Sivan), John Dory (Eric André), Spruce (Daveed Diggs) y Clay (Kid Cudi). El grupo se separó, al igual que la familia, cuando Branch era aún un niño, y desde este hecho no ha vuelto a ver a sus hermanos.

Pero cuando Floyd, uno de los hermanos de Branch, es secuestrado por una pareja de maléficas estrellas del pop: Velvet (Amy Schumer) y Veneer (Andrew Rannells), el objetivo es usar su talento musical. Para salvarles, Branch y Poppy tendrán que embarcarse en una nueva y emotiva aventura para reunir a la familia y rescatar a Floyd de un destino aún peor que el desolador olvido de los fans.