上海少女叶秋红，对表演艺术充满热情，常常在街头即兴表演，展现出出众的才华。台湾少女杜晓风对上海银河艺术学院的众多名师充满向往，她在外公的证券公司与美籍华人朱亚伦偶遇，尽管误会重重，但晓风对亚伦产生了好感。然而，亚伦突然消失，晓风独自来到上海备考。在银河艺术学院，秋红与晓风因一场误会而产生隔阂，她们的竞争由此展开，其中还有被称为“太阳月亮”的恋人歌手赵大刚和何珊珊。
晓风在食品店兼职，一次偶遇，发现叶秋红正在模特公司展示才华，亚伦也在场，他已在上海开设PK咖啡连锁店。晓风得知亚伦对秋红有情，而秋红并未回应，这让晓风内心五味杂陈。秋红在表演中遭遇意外，这使得她的表演之路受阻。这时，舞台剧制作人霍达的出现吸引了所有人的注意，他的出现和情感困扰为故事增添了复杂性。
在霍达的指导下，晓风成为他的助理，而秋红对此感到失落。赵大刚和何珊珊在音乐道路上也经历挫折，但彼此的爱情和同学们的支持成为他们的动力。最终，朱亚伦以秋红为代言人，但总公司否决了她，晓风代替她登上舞台。尽管如此，秋红和晓风的友情更加深厚。霍达解开心结，接纳了秋红，而赵大刚和何珊珊的音乐事业也蒸蒸日上。
毕业公演中，秋红脱颖而出，成为女主角。晓风选择将生活经历转化为剧本参赛，尽管未能成为明星，但无怨无悔。演出结束后，秋红、晓风以及赵大刚和何珊珊都取得了成功，朱亚伦则被派往非洲拓展市场。在这过程中，亚伦终于向晓风表白，两人终于走到一起，为这段星梦般的恋人故事画上了圆满的句号。
星梦恋人是一部爱情片，讲述一群为明星梦奋斗的少男少女，一段友情与爱情的曲折传奇。 多少忘不了的人，忘不了的事，一段情感曲终人散，新的梦想又在前方……
