Die Wildcats befinden sich im Abschlussjahr, dem Senior Year, an der East High School. Der Film beginnt während des letzten Basketballspiels, in dem die Wildcats zurückliegen. In der Pause macht Troys Vater, der Trainer, den Jungs klar, worum es in dem letzten Spiel geht und tatsächlich kämpft die Mannschaft wieder. Hier wird der Song „Now or Never“ performt. Nachdem durch Troy Jimmie, ein neuer Schüler, eingewechselt wurde, und Troy den entscheidenden Wurf an ihn abgegeben hat, gewinnen die Wildcats und das gesamte Team sowie weitere East-High-Schüler feiern bei Troy zu Hause. Troy und Gabriella gehen nach einer Zeit in Troys altes Baumhaus und singen „Right Here, Right Now“.

Am nächsten Tag verkündet Sharpay, dass sie einen Assistent für ihre Termine sucht, worauf sich die neue Schülerin aus England, Tiara Gold, bei ihr meldet und die Stelle bekommt und sie schon vorher alle Vorbereitungen für Sharpays Tag getroffen hat. Kurz darauf werden im Unterricht Verkündungen getätigt. So nennt Taylor Termine für das Jahrbuch sowie den Abschlussball und Kelsi gibt die Liste der Teilnehmer am Frühlingsmusical ab. Etwas später ergibt sich, das Kelsi die anderen ohne deren Einstimmung am Musical angemeldet hat. Dass diese trotzdem mit machen, ist erst Gabriellas und Troys Einstellungen zu verdanken. Miss Darbus erklärt, worum es im Musical gehen soll: um die letzten Tage der Schüler an der East High. In diesem Zusammenhang erwähnt sie auch, dass Sharpay, Ryan, Kelsi und Troy Kandidaten für ein Stipendium an der Schauspielschule Julliard in New York sind, obwohl sich Troy dort gar nicht beworben hat.

Genervt reagiert sich Sharpay in der Mittagspause ab, denn sie wollte beim letzten Musical ohne Konkurrenz eine Rolle bekommen. Um Ryan ebenfalls klar zu machen, worum es ihr geht, singen die beiden den Song „I Want It All“, der hauptsächlich aus einer Traumsequenz besteht, in der sich die beiden Zwillinge vorstellen, wie ihr Leben nach der Schule aussehen könnte. Dabei stellt sich Sharpay auch ihre Klassenkameraden als ihre Untergebenen vor. Vor dem Unterricht am nächsten Tag ruft Troy Gabriella zu sich hoch in den Dachgarten der Schule. Dort bringt Gabriella Troy Walzer für den Abschlussball bei, während die beiden „Can I Have This Dance“ singen. Später in der Cafeteria will Chad Taylor bitten, ihn zum Ball zu begleiten. Nachdem Taylor erst nicht zuhört und Chad sie dann sogar noch einmal laut von einem Tisch aus fragt, willigt sie ein.

In der nächsten Szene, sind die Jungs und Mädchen unterwegs, um sich ihre Klamotten zu besorgen. Diese Szene geht jedoch über und wird zur Mitte hin eine Probe für das Musical. Während des Einkaufens und der Proben wird „A Night to Remember“ vom Cast performt. Nach der Probe sagt Sharpay Ryan, dass er von Kelsi den neuen Song für Troy und Gabriella besorgen soll, dies tut er auch, indem er freiwillig Kelsi zum Abschlussball einlädt. Kurz darauf singen Kelsi und Ryan das Lied „Just Wanna Be With You“, das nach etwa einem Drittel trotzdem von Troy und Gabriella weitergesungen wird. Tiara erfährt, dass Gabriella an der Stanford-Universität angenommen wurde und schon zwei Wochen vorher an einem Vorbereitungskurs für Hochbegabte teilnehmen soll und somit unter anderem das Musical verpassen würde. Als ihre Assistentin erzählt sie dies Sharpay, die allen davon erzählt, damit Gabriella es auch tatsächlich tut und Sharpay selbst eine größere Rolle als ihre eigene im Musical bekommt und mit Troy zusammen singen kann.

Am Abend fahren Chad und Troy mit dessen kaputten Auto zum Schrottplatz, um Ersatzteile zu besorgen. Dort erinnern sie sich an ihre Kindheit und ahmen Szenen aus ihrer Kindheit nach, während sie „The Boys Are Back“ singen.

Am nächsten Morgen an der Schule erzählt Sharpay Troy von Gabriella und ihrem Vorhaben, damit er ihr auch noch zuredet, dass sie diese Chance nicht ignorieren darf. Und tatsächlich funktioniert Sharpays Plan und Gabriella zieht mit ihrer Mutter in das ungefähr 1500 Kilometer entfernten Palo Alto in Kalifornien um an der Stanford-Universität studieren zu können. Während den Vorbereitungen und des eigentlichen Umzugs singt Gabriella „Walk Away“. Dadurch sind alle an der East High traurig, und auch die Planungen für das Musical kommen nicht wirklich voran. Und als Gabriella abends auch noch anruft, dass sie auch zum Abschlussball nicht zurückkommen würde, ist Troy geschockt und fährt zur East High um sich dort abreagieren zu können. Dies tut er in verschiedenen Bereichen der East High während er „Scream“ performt.

Als er in er Aula angekommen ist, erkennt er Miss Darbus, die ihm erklärt, dass sie Troy an der Julliard-Schauspielschule angemeldet hat, da sie dachte, dass Troy sich auf der Bühne wohl fühlt. Über Nacht fährt Troy nach Palo Alto um Gabriella dort am nächsten Tag zu überraschen und dort ihren eigenen kleinen Abschlussball zu veranstalten, wobei die die Wiederholung von „Can I Have This Dance“ singen. Und tatsächlich gelingt es Troy, Gabriella für das Musical wieder mitzunehmen.

Als die Vorstellung beginnt, sind Troy und Gabriella noch nicht wieder zurück und Kelsi und Ryan beginnen das „Senior Year Spring Musical“ mit der Ballade „Last Chance“. Da Gabriella und Troy immer noch nicht da sind, besetzt Miss Darbus Sharpay als Gabriella, Tiara als Sharpay und Jimmie als Troy. Bei dem Musical geht es weiter mit der Wiederholung von „Now or Never“, die die East-High-Basketballmannschaft und die Cheerleader performen. Direkt danach singt Ryan mit ein paar Tänzerinnen erneut „I Want It All“. In der nächsten Szene im Musical beginnt Sharpay den Anfang von „Just Wanna Be With You“, nichtsahnend, dass Troy von Jimmie ersetzt wird. Denn als Troy nicht auftaucht und Sharpay das Lied schon herauszögert kommt Jimmie plötzlich auf den Balkon, auf dem die Szene spielt, und Sharpay versucht vor ihm zu flüchten, da er ein Parfum genommen hat, auf das sie allergisch reagiert. Nach dem Lied verlässt Sharpay wütend die Bühne und sieht, dass Troy und Gabriella gerade ankommen. Die beiden singen das Lied anschließend zu Ende. Als Sharpay sich aber für ihre eigene Rolle umziehen will, entdeckt sie Tiara in ihrer Garderobe, die sie hintergangen hat, damit sie Sharpay spielen kann und in den nächsten Jahren die beste Schauspielerin an der Schule sein kann. Tiara verlässt die Garderobe für ihren Auftritt und auch Sharpay zieht sich um. Und als Tiara schon angefangen hat, den Song „ A Night to Remember“ zu singen, kommt Sharpay von oben mit dem Stichwort „Surprise!“ auf die Bühne gefahren und kämpft um ihre Rolle.

Nach dem Musical ruft Miss Darbus die einzelnen Schüler auf und verkündet, wohin sie nach der Schule gehen werden. Sie beginnt mit Kelsi und Ryan, die beide ein Stipendium an der Julliard-Schule bekommen. Danach folgt Sharpay, die verkündet, dass sie an der Universität von Albuquerque studieren wird und Miss Darbus an der East High assistieren wird, damit Tiara nicht bekommt, was sie wollte. Chad wird ebenfalls auf die Universität von Albuquerque gehen, wo er in der Basketballmannschaft „Red Hawks“ mitspielen wird. Gabriella wird auch weiterhin nach Stanford gehen und Troy entscheidet sich, auch auf eine Universität in Kalifornien zu gehen, nämlich Berkeley, die nicht weit von der von Gabriella entfernt ist, wo er sowohl das Schauspiel als auch das Basketballspiel erlernen will und auch gegen das Team von Chad spielen wird. In der Zeit wird im Hintergrund „We're All In This Together (Graduation Mix)“ gesungen.

Schließlich bei der Zeugnisvergabe hält Troy die Abschiedsrede und im Anschluss performt der gesamte Cast das Stück „High School Musical“. Am Ende des Films treten noch einmal die sechs Hauptdarsteller auf und verbeugen sich vor dem Publikum.