人気作曲家コンビ、ジュリアとトムは、マリリン・モンローの人生をテーマにした新作ミュージカルを製作するため、プロデューサーのアイリーンと組む。そこに演出家デレクも参加し、主演女優探しが始まる。マリリン役オーディションに現れたのは経験豊富なブロードウェイ女優アイヴィーと、新人女優カレン。デレクはカレンの才能に目をつけ、アイヴィーと役を競わせる。

人生に一度の大役を獲得するため、必死になるカレンとアイヴィー。2人は、最終オーディションの電話をもらえるなら、やり手で気まぐれな演出家デレクの言うことを何でも聞く覚悟でいた。一方、ジュリアと夫のフランクの希望である海外からの養子縁組は難航する。離婚調停真っ最中のアイリーンは資金繰りに奔走するが、業界内での彼女の夫の力が強く、話はなかなか進まない。

マリリンの相手ジョー・ディマジオ役のオーディションが始まった。だが、第1候補のマイケルはかつてジュリアと不倫関係という過去があった。カレンは出産前の女友達にベビー用品を贈るパーティーのために故郷のアイオワへ里帰りするが、そこで将来の決断を迫られる。一方、アイリーンは投資家を集め始めるが、夫ジェリーの妨害策がそこかしこに張り巡らされていた…。

アイヴィーがデレクと親密な仲になっていると知って憤るカレン。だがアイヴィーは最終選考で落とされたはずのカレンがアンサンブルとして残っていることに不安を抱く。さらにカレンが目立ちすぎて主役としての立場が保てずデレクに詰め寄るアイヴィー。その夜、デレクが人気上昇中の若手スター、ライルの為にパーティーを開いた。そこでアイヴィーは圧巻の歌唱力を見せつける。

ニック・ジョナス｜ライル・ウエスト役
「Camp Rock」「Jonas」「Submissions Only」など

市長室に勤める彼氏のデーヴと政治家が集うパーティーに出席したカレンは、演技の才能を発揮して彼の為に一肌脱ぐ。稽古は始まったが、いまだに台本があがってこないことに焦るアイリーン。ジュリアに台本をせっつくが、肝心のジュリアは家庭の問題でそれどころではなかった。稽古でもカレンに肩入れするデレクを見て、アイヴィーの神経は次第にささくれ立ってくる。

アイヴィーは喉が不調で歌えなくなってしまう。投資家相手の公開稽古が間近に迫り、スタッフはカレンを代役に据えてリハーサルを行おうとする。アイヴィーは不安の余り、大量のステロイドに頼る。一方、カレンは稽古のかたわらパーティーシンガーのアルバイトを引き受ける。そこには音楽界の大物が来ていた。ジュリアは必死にマイケルのアプローチを避けていたが、心は抑えきれずに…。

新作ミュージカルを投資家たちにプレゼンする大事な公開稽古。アイヴィーを力づけようと、彼女の母親で、ブロードウェイの大スターであるリー・コンロイが稽古場にやってきた。その歌声に気圧されて自信喪失してしまうアイヴィー。そんな彼女を、デレクは優しく励ます。プロダクションの面々は、投資家たちを目の前にして歌とダンスを披露する。

公開稽古の結果はまずまずだったが、さらに投資家を納得させるだけの力をつけなければならない製作陣。ところがデレクが旧態依然としたミュージカルに反旗を翻し、自分なりの前衛的な演出を入れようとする。カレンにポップミュージックを歌わせて自分流を披露するデレク。だが、それを見ていたアイリーンの娘ケイティは母親に、流行にとらわれずしっかりとした作品を創るべきだと諭す。

投資家たちの条件は「有名なスターが主演すること」だった。失望するアイヴィーはもはや薬が手放せなくなっており、ハイのまま出演中の舞台に出てしまい、舞台を混乱させてしまう。タイムズスクエアを衣装のまま徘徊するアイヴィーが出会ったのはカレンだった。2人は初めて本音で語り合う。その頃、ジュリアの書いた歌詞を読んだ夫フランクは嫌な予感を隠せずにいたが…。

アイヴィーはステージ放棄でブラックリストに入り、しばらくはどの舞台にも上がれないことになってしまう。さらに主演候補としてハリウッド女優レベッカ・デュヴァルの起用が本格化するも、キューバで足止めされているために稽古に間に合わない。デレクはすかさずカレンを代役に立てる。四面楚歌のアイリーンは、酒場のオーナー、ニックから意外な投資家を紹介されることに。

スタジオにハリウッド女優のレベッカ・デュヴァルが到着した。スターのオーラに圧倒されかける面々だったが、彼女には大問題があった。さらに彼女が出す斬新なアイディアやストーリー改変案にスタッフは四苦八苦する。家庭が崩壊しかけているジュリアは仕事どころではなく、カレンも彼氏とうまくいかずに焦燥する。アイヴィーは自分の居場所を見つけられず自暴自棄に…。

マイペースなレベッカに振り回されるプロダクションのスタッフ陣。カレンはどういう訳かレベッカに気に入られ、2人でクラブやレストランに夜な夜な繰り出してはパパラッチに写真を撮られていた。彼氏のデーヴを紹介しようとインドレストランにレベッカを招待したが、レベッカはやけに失礼な言動をとる。カレンの為に怒りだすデーヴを見ているうちに、カレンは妄想の世界へ…。

ミュージカル「ボムシェル」はボストンでプレビュー公演へ。由緒ある劇場でのテクニカルリハーサルが始まった直後、ディマジオ役の男優が、テレビドラマ出演決定のため降板してしまう。どうあっても降ろしたマイケルを呼ばねばならず、ジュリアの猛反対を押し切ってマイケルが復帰する。デーヴはカレンにプロポーズするためにボストンまでやってくるが、カレンはそれどころではなく…。

デレクがレベッカにまで手を出したことで猛烈なショックを受けたアイヴィーは、カレンにすげなくされて落ち込むデーヴと一夜を共にした。初公演に力を尽くすプロダクションだったが、結果は今一つ。しかも、誰かがレベッカにアレルギー発症のもととなるピーナッツ入りドリンクを飲ませ、レベッカは救急搬送されてしまう。振り出しに戻るマリリン役の争奪戦。その結果は…？

たった1日で主役降板となり大混乱のスタッフ陣。さらに昨日の結果を踏まえ、急きょラストを飾る1曲を追加することになり、ジュリアとトムも作詞作曲に追われる。デレクは代役にカレンを立て、アイヴィーはデレクの判断に失望する。ところがアイヴィーがデーヴとの浮気をカレンに告白したことでカレンがパニックを起こし、舞台から逃走してしまう。運命の主役は誰の手に…!?