La historia sigue a la protagonista, Haruhi Suzumiya, y sus extrañas aventuras junto a su club escolar, la brigada SOS, que esta fundó para investigar sucesos misteriosos de todo tipo. Su grupo está compuesto por Kyon, quien además es el narrador de la serie; la silenciosa lectora de libros Yuki Nagato; la tímida y sensual Mikuru Asahina; y el "misterioso" estudiante de intercambio Itsuki Koizumi. Con el transcurso de la serie, Kyon descubre que no es casualidad que ellos formen parte del club, y que podrían explicar las extrañas alteraciones de la realidad que suceden cada vez que Haruhi desea que algo pase.