古灵精怪的陈惊是一所音乐高中高二的学生，从小学习扬琴的她，对民乐有着深厚的情感。陈惊所在的高中，西洋乐与民乐向来势不两立，经常有西洋民乐两边学生打架的消息。场面一度混乱不堪。偏袒西洋乐的校方因此将民乐区用铁栅栏与西洋乐区隔开。
感情受挫的陈惊，在好友油渣的鼓舞下，决心站上舞台，让王文知道民乐的魅力。在得知校民乐团被解散之后，陈惊与油渣在校园内粘贴海报，四处收罗人马，想组建一个民乐乐队。
但因高考临近等各种原因，没有人愿意加入他们。油渣向陈惊提议去传说中全是学民乐的502宿舍寻找队友，住在502宿舍的是一群痴迷二次元的奇怪少女，弹古筝的千指、弹琵琶的塔塔、弹中阮的贝贝和不爱说话的二胡乐手樱仔。行为怪癖的她们原本不愿意接受陈惊的邀请，但在陈惊提出每周一个手办之后，两方达成了和解。
为了与二次元少女们更好的交流，陈惊恶补了中国历史和古风知识。乐队成员也在相处中，关系逐渐升温。在一次漫展中，陈惊发现了从前未曾见过的二次元世界。青春活力的女团，宅男们的应援，让陈惊激动不已。
乐队首次在漫展上登台演出，刚开始人群都跟随女团走掉了，大家对民乐的认知还没有转变，但当千指的古筝声音响起，舞台前马上聚集起了大量观众，演出大获成功，观众们都围绕在成员身边请教问题，同时演出视频在网络上也被广为传播。乐队第一次受到认可。
有了乐队演出经验的陈惊倍受鼓舞，她在向贝贝和塔塔讨教了一番之后，决定再次向陈惊告白。某天夜晚，陈惊在众人瞩目之下，点了一圈蜡烛，在楼下大喊王文的名字向他告白。不领情的王文不仅十分严肃地拒绝了陈惊，并说了一堆难听的话，激起了旁观者的愤怒和不满。民乐和西洋乐学生的矛盾又被激化了。
恼羞成怒的王文甚至往蜡烛上浇了一杯擦琴用的松节油，陈惊周围瞬间被点燃，油渣赶紧拿来灭火器扑火，护在陈惊面前，并大声质疑王文不懂民乐，一场失败的告白就这样无疾而终了。
告白失败的陈惊，认为乐队没有存在下去的理由，她把买来的手办分发给二次元少女们，决定解散乐队。千指认为热爱才是存在的理由，她认为陈惊的行为是不负责任的表现，双方发生分歧，不欢而散。
暑假里，乐队成员都回家了，每个人都面临着不一样的危机。千指的父母认为女儿不应该穿着怪癖，樱仔的亲戚认为二胡没有前途，坐在雅思培训班里的油渣也是心不在焉的听课。陈惊告诉妈妈不想再学扬琴了。妈妈认为陈惊与扬琴是天生就该在一块儿的，她不赞成陈惊的想法。陈惊回到房间，看着11年来，自己与扬琴相伴的点点滴滴，感到温暖。
到了开学，学校领导在礼堂宣布普及音乐会的演出活动，还有暂停民乐学生的招生计划，引起哗然。千指为了普及民乐，站起来宣布参加演出，但被一句“个人不能参加演出”难住，坐在台下的陈惊主动站了起来，说她们是一个乐队，而后，所有学民乐的学生都站了起来。乐队从归于好。但西洋乐的学生，认为民乐依然是不入流的。
再次面对西洋乐学生的挑衅时，油渣向他们发出战书，要拿起琴比试一次。在上级领导巡视日的当天，斗琴开始，民乐与西洋乐的学生在铁栅栏两边，拿出自己的乐器演奏，大家都使出了浑身解数。在一场酣战之后，民乐获得了最终胜利。陈奕迅扮演的领导下令拆掉铁栏，让乐器和谐并存。
斗琴输掉的西洋乐同学，不得不遵守答应帮助民乐同学混入普及音乐会的承诺。陈惊等人偷偷拿到西洋乐同学给的通行证进入剧场。在最后一首曲子结束之后，陈惊等人奔跑上了舞台。原本打算离席的观众，又回到了自己的座位。演出正式开始，古筝、琵琶、二胡、编钟、扬琴等乐器在舞台上大放光彩，更有二次元特效在舞台穿梭。民乐得到了大家的喜爱。
民乐在普及音乐会上的成功，也让更多的年轻人走进了学校学习民乐。闪光少女们的心愿得以实现。《闪光少女》作为一部青春片，它是及格的，它只讲述一群少女关于梦想的故事，没有成年人对于青春的感伤怀念，所以它真实自然，以民乐和西洋乐的对立切入， 也带给人们思考，二次元等元素的加入，更贴合当下年轻人的审美。尤其是在一群堕胎、喝酒、撕逼的国产青春片中显得尤为正常。