Kyon, un lycéen comme les autres, a depuis longtemps cessé de croire au surnaturel. Cependant, lorsqu’il rencontre Haruhi Suzumiya, il se rend vite compte que c’est justement le surnaturel qui l’intéresse : les extraterrestres, les voyageurs dans le temps et les médiums, entre autres. Lorsque Haruhi se plaint du manque de clubs intéressants à l'école, Kyon l'incite à créer son propre club. C'est ainsi que naît la Brigade SOS, un club spécialisé dans tout ce qui touche au surnaturel. À son grand dam, Kyon se retrouve recruté comme membre, aux côtés de Yuki Nagato, la rat de bibliothèque taciturne, de Mikuru Asahina, timide et réservée, et d’Itsuki Koizumi, toujours souriant. L’histoire suit les aventures délirantes que ces quatre-là vivent sous la houlette de leur chef fantasque, Haruhi. L’histoire est adaptée des romans « light novels » de Nagaru Tanigawa.