Le film Love Live! School Idol Project est annoncé à l'occasion du cinquième anniversaire du groupe d'idoles du même nom.Il s'agit de la suite directe de la deuxième saison de l'anime. Alors que la cérémonie de graduation des troisième années se terminent, le groupe µ's s'était fait à l'idée que son parcours s'arrêterait là. Effectivement, trois de leur membres qui étaient en troisième année viennent d'être gradués du lycée et n'ont donc plus le statut de School Idol : il leur est donc impossible de continuer leur activité au sein du groupe. Néanmoins, Koizumi Hanayo reçoit soudainement un message très surprenant qui marque alors le début d'un nouveau départ pour le groupe !

L’histoire se déroule à l’Academie Otonokizaka qui est sur le point de fermer ses portes par manque d’inscriptions. Quand une lycéenne du nom d’Honoka K?saka l’apprend, elle est grandement bouleversée et décide de tout faire pour empêcher la fermeture de son école. Elle découvre les idoles scolaires du lycée UTX et réalise alors que devenir une idole pourrait être la meilleure solution pour augmenter la popularité de son lycée et ainsi attirer plus de personnes.

Dans le lycée pour fille d'Uranohoshi, un groupe de neuf filles, dirigé par Takami Chika a un grand rêve : devenir la nouvelle génération d'idols, en suivant les traces du célèbre groupe ?'s.

Kanon Shibuya avait un rêve. Passionnée de chant depuis sa plus tendre enfance, elle n’a toujours eu qu’une envie : entrer dans la prestigieuse section musique du lycée pour filles de Yuigaoka. C’était sans compter sur sa voix, qui s’arrêta soudain lors de son examen d’entrée au lycée, l’empêchant de démontrer tout son talent à ses futurs professeurs… Admise dans une autre section, elle décide alors d’abandonner son rêve. Jusqu’à ce jour fatidique de rentrée où, se croyant seule, elle entonne une chanson, tapant dans l’œil de Keke, sa nouvelle camarade de classe passionnée par les idols…

Nous suivons le quotidien de plusieurs adolescentes du lycée Nijigasaki qui essaient de former un groupe d’idoles afin de faire connaître leur établissement.