Tratto da una famosa serie animata degli anni '80, il film racconta di Jerrica Benton una timida adolescente che insieme alle sorelle, tutte appassionate di musica, si diverte a vestirsi anni Ottanta e registrare delle piccole clip dove suonano e cantano. Quando la ragazza carica online il video di una sua esibizione, subito diventa virale suscitando l'interesse di alcune case discografiche che iniziano a farsi avanti. Una volta giunta in California con le sue sorelle incontra la produttrice Erica Raymond e suo figlio Rio, interessati più a Jerrica che al gruppo. Ma Jem e le Holograms sono una cosa sola: riusciranno a raggiungere tutte e quattro il successo?