Si se hiciera una encuesta para ver si la gente cree en extraterrestres, viajeros en el tiempo o, tal vez, espers, la mayoría diría que no; Kyon, un estudiante medio de instituto, se considera entre los no creyentes. Sin embargo, en su primer día de clase, conoce a una chica que pronto pone su mundo patas arriba.

Durante las presentaciones de clase, la bella Haruhi Suzumiya anuncia con descaro su aburrimiento con la gente "normal" y su intención de conocer a seres sobrenaturales. Asombrado, Kyon se entera de su frustración por la falta de clubes centrados en lo paranormal en su escuela y, sin saberlo, la inspira a fundar su propio club. Crea la Brigada "Spreading Fun all Over the World with Haruhi Suzumiya", también conocida como Brigada SOS.

Tras la fundación de la Brigada SOS, Haruhi consigue reclutar a Kyon y a otros tres miembros: la callada Yuki Nagato, la tímida Mikuru Asahina y el siempre positivo Itsuki Koizumi. A pesar de su apariencia normal, los nuevos miembros de la Brigada SOS guardan cada uno sus propios secretos relacionados con Haruhi. Atrapado en el misterio que rodea a la excéntrica líder del club, Kyon se ve arrastrado a una serie de desventuras por Haruhi y la Brigada SOS, cada una de las cuales le acerca a la verdad sobre quién y qué es ella.