Bộ phim nói về Kyon, nhân vật chính của “Nỗi buồn của Haruhi Suzumiya”. Trong phim, Kyon bất ngờ nhận ra rằng Haruhi Suzumiya, người mà cuộc đời mình gắn chặt với cô, đã biến mất sạch sẽ. Nghĩa là, ai cũng biết đến Haruhi với những hành động kỳ quặc của cô ấy, nhưng lại chưa bao giờ nghe tên cô. Việc này làm Kyon thấy hoang mang, và anh quyết tâm tìm hiểu câu chuyện để mong mọi thứ quay về như trước.
Vào ngày 18 tháng 12, Kyon phát hiện ra rằng dấu vết của nhóm Lữ đoàn SOS bỗng dưng biến mất khỏi cuộc sống của anh. Mikuru và Yuki hình như đã quên mất rằng mình từng gặp anh, còn Haruhi thì không học ở trường trung học North nữa. Không chỉ vậy, mà các thành viên cũ của Lữ đoàn giờ cũng sống một cuộc đời bình thường. Cuối cùng, Kyon nhận được một tin nhắn từ Yuki với thông điệp là cần kiếm một chiếc chìa khóa để có thể đưa anh trở về thế giới quen thuộc của chính mình. Từ đó, Kyon bắt đầu một hành trình đầy hấp dẫn, đưa anh quay về đêm mà Haruhi lần đầu tiên bắt đầu quan tâm đến việc gặp gỡ người ngoài hành tinh, những kẻ du hành thời gian và có siêu năng lực.
