מערכה ראשונה:
המחזה נפתח בשנת 1927 מחוץ לתיאטרון הסיני בהוליווד, בערב הפתיחה לסרטם החדש של דון לוקווד ולינה לאמונט, הסרט האילם "הנוכל המלכותי". מעריצים נלהבים נדחפים להאזין כשדון מספר לדורה ביילי, כתבת מדור הרכילות, את גרסתו הבדיונית על ילדותו הזוהרת. הקהל נחשף לסוד התקדמותו האמיתית מ"ווּדוויל" לכוכב קולנוע (Fit as a Fiddle). הסרט "הנוכל המלכותי" זוכה להצלחה גדולה. אחרי הצגת הבכורה נודע לנו מדוע לא נותן דון לכוכבת הסרט לשאת נאום לקהל באולם הקולנוע: ללינה יש קול צפצפני היכול לנפץ זכוכית.

דון משתוקק לברוח מלינה, המתחילה להאמין ברצינות לסיפור, שמפיץ מדור יחסי- הציבור של אולפני "מוניונטל", בדבר רומן הנרקם ביניהם, והוא שולח את לינה למסיבה באולפנים עם חברו הטוב ושותפו בעבר לריקודים קוזמו בראון. דון הולך לבדו ברגל, וכדי לברוח ממעריצים בדרך הוא מעמיד פנים, שהוא מבלה בחברת נערה היושבת על הספסל. הנערה, קתי סלדן, שואפת להיות שחקנית תיאטרון, ולא מתרגשת ממעמדו של דון לוקווד כאליל קולנוע (You Stepped Out of a Dream).

מאוחר יותר, במסיבה בביתו (Temptation) מקרין מנהל האולפנים ר. פ. סימפסון הדגמה של החידוש בגדול- סרט מדבר! סימפסון מבדר את הנוכחים בעוגה גדולה, ממנה קופצת קתי, שלמבוכתה הגדולה נתקלת פנים אל פנים בלא- אחר מאשר דון לוקווד (All I Do). דון מלגלג על כך שקתי עובדת כרקדנית, אחרי שהציגה את עצמה כשחקנית רצינית. קתי בכעסה משליחה לעברו עוגה, אך מפספסת והעוגה פוגעת בלינה (You Stepped Out of a Dream). דון מתאהב!

על הבמה באולפני "מוניומנטל" מתכונן דון להסרטת סרטו החדש. הוא אינו יכול לחדול מלחשוב על קתי, וקוזמו מנסה לעודד אותו (Make 'Em Laugh). במאי הסרט רוסקו דקסטר הגדול מהחיים מגיע להתחיל בצילומי הסרט "האביר הלוחם". דון ולינה מתחילים בחזרה על סצנת האהבה, אך כשנודע לדון שלינה גרמה לפיטוריה של קתי, סצנת האהבה הופכת למריבה ביניהם. ואז, מר סימפסון מפסיק את צילומי הסרט, והוא מחליט להסריטו מחדש כסרט מדבר.

קתי מתקבלת לעבודה במחזמר הראשון באולפני "מוניומנטל" (Beautiful Girl). היא בולטת בנוכחותה במקהלה ומוזמנת לשיר לפני מר סימפסון וקוזמו, שמונה לראש מחלקת המוסיקה. דון עומד בצד ושומע את שירתה. קתי מוחתמת על חוזה באולפנים (Lucky Star), בתנאי שהדבר לא יגיע לאוזניה של לינה.

על במת הקול הנטושה מצהיר דון על אהבתו לקתי (You Were Meant for Me). בהכנות לסרטם המדבר הראשון, מקבלים דון ולינה שיעורים בפיתוח קול. לינה מתקשה מאוד בהגייה נכונה, בעוד שדון מצליח יפה מאוד, למרות לגלוגיו של קוזמו (Moses Supposes). במהלך צילומי הסרט "האביר הלוחם" מתעוררים קשיים, כשאיש הקול מתקשה למצוא מקום טוב למיקרופון. "המיקרופון בתוך השיח" חוזר ומזכיר רוסקו ללינה שוב ושוב, אך ללא הועיל (Moses Supposes reprise).

ההקרנה המוקדמת של הסרט נוחלת כישלון צורב: הדיאלוג משעמם, קולה של לינה צורם ואיכות הקול ירודה. הקהל מזועזע. שמו הטוב של האולפן בסכנה ועליהם לפתור במהרה את בעיות הסרט.

דון מדוכא, עד שלקתי ולקוזמו עולה רעיון: להפוך את הסרט למחזמר, כך שקולה של קתי ישמע במקום קולה של לינה (Good Morning). השלושה חוגגים ושמחים על הרעיון המבריק, ודון המאוהב הולך הביתה בגשם! (Singin' in the Rain).

מערכה שנייה:
הסרט כמעט והושלם, אך מר סימפסון רוצה להוסיף קטע מוזיקלי, ובעצתו של קוזמו הם מוסיפים את הקטע כמבט לעתיד (Broadway Melody). קתי מקליטה את השירים והדיאלוגים של לינה בלילה, כדי שלינה לא תגלה (Would You- Lina; Would You- Kathy). אך זלדה, חברתה של לינה, מספרת לה על המתרחש, ולינה מתפרצת לאולפן ותופסת את דון וקתי מתנשקים. בזעמה, מאיימת לינה שתנקום את עלבונה (What's Wrong with Me?).

הסרט בשמו החדש "האביר הרוקד" זוכה להצלחה גדולה. לינה דורשת,שקתי תישאר מאחורי הקלעים כקולה, ושלא תהיה לה קריירה חזותית משלה. אולם, למר סימפסון נמאס ממנה, וכשלינה מתעקשת לנאום בעצמה הוא אינו עוצר בעדה (Lucky Star reprise).

הקהל מצטמרר לשמוע קולה האמיתי של לינה ודורש לשמוע אותה שרה. קתי שרה מאחורי המסך, ולינה מזיזה את שפתיה לצלילי הלהיט של הסרט, ואז מעלימים דון וקוזמו את המסך וחושפים את קתי בשירתה שמייצגת את לינה. הקהל היסטרי, ולינה מושפלת. קתי בורחת מהבמה, אך דון מבקש מהקהל לעצור בעדה. כעת הופכת היא ולא לינה הופכת לכוכבת האמיתית. הקריירה של קתי מובטחת עכשיו, והיא ודון מתחבקים (You are My Lucky Star), (Singin' in the Rain).