"Love Live! Sunshine!! The School Idol Movie Over the Rainbow" setzt die Geschichte der Schul-Idol-Gruppe Aqours fort, die in der fiktiven Stadt Numazu in der Präfektur Shizuoka beheimatet ist. Nach ihrem Sieg beim Love Live!-Wettbewerb stehen die neun Mitglieder von Aqours – Chika Takami, Riko Sakurauchi, Kanan Matsuura, Dia Kurosawa, You Watanabe, Yoshiko Tsushima, Hanamaru Kunikida, Mari Ohara und Ruby Kurosawa – vor neuen Herausforderungen. Der Film beginnt mit den Vorbereitungen für ihre Abschlussfeier, da einige Mitglieder der Gruppe bald die Uranohoshi Girls’ High School verlassen werden.

Die Handlung konzentriert sich auf die emotionalen Konflikte und die Unsicherheiten der Gruppe, die sich fragen, wie ihre Zukunft nach dem Schulabschluss aussehen wird. Chika, die Anführerin von Aqours, spürt den Druck, eine letzte großartige Performance zu schaffen, um ihre gemeinsame Zeit zu krönen. Gleichzeitig wird die Gruppe mit der Frage konfrontiert, ob sie sich auflösen oder weiterhin als Idol-Gruppe bestehen bleiben soll. Diese Unsicherheiten führen zu Spannungen und inneren Konflikten, die die Dynamik der Gruppe auf die Probe stellen.

Während der Film die persönlichen Entwicklungen der Charaktere vertieft, unternimmt Aqours eine Reise nach Italien, um Inspiration für ihre letzte Performance zu finden. Die Reise dient nicht nur als Kulisse für neue Abenteuer, sondern auch als Metapher für die Suche nach einer neuen Identität und einem neuen Ziel. In Italien begegnen die Mädchen verschiedenen Herausforderungen, die ihre Entschlossenheit und ihren Zusammenhalt testen. Die Reise ermöglicht es ihnen, ihre Ängste zu überwinden und eine klare Vision für ihre Zukunft zu entwickeln.

Der Höhepunkt des Films ist die finale Performance von Aqours, die ihre Entschlossenheit und ihre Verbundenheit als Gruppe symbolisiert. Die Performance wird zu einem emotionalen Moment, der sowohl für die Charaktere als auch für die Zuschauer eine tiefe Bedeutung hat. Der Film endet mit einem offenen Ausblick auf die Zukunft der Gruppe, wobei die Botschaft vermittelt wird, dass ihre Freundschaft und ihre gemeinsamen Erinnerungen sie auch über die Schulzeit hinaus verbinden werden.