Ergens halverwege de jaren negentig ontmoet Mike (Hugh Jackman), een alleenstaande vader en Vietnamveteraan uit Milwaukee, de alleenstaande moeder Claire (Kate Hudson). Beiden hebben het flink te verduren gehad in hun leven. Ze delen een passie voor muziek, maar het schrijven van eigen nummers lukt niet. Mike is dol op Neil Diamond, de man achter wereldhits als Sweet Caroline, Holly Holy en I Am… I Said. Hij haalt Claire daarom over om een Neil Diamond-coverband te beginnen. Al snel worden ze smoorverliefd en oogsten ze succes met hun energieke liveoptredens. Maar een persoonlijke tragedie dreigt hun prille geluk te verwoesten.

Song Sung Blue is een nostalgische tranentrekker waarin Hugh Jackman en Kate Hudson de sterren van de hemel zingen. Gebaseerd op een gelijknamige documentaire uit 2008 die het even inspirerende als tragische levensverhaal vertelt van Mike en Claire Sardina en hun band Lightning & Thunder.