Setelah penutupan SMA Perempuan Uranohoshi, siswa kelas tiga-Dia Kurosawa, Kanan Matsuura, dan Mari Ohara-baru saja lulus, menyisakan Aqours yang hanya terdiri dari siswa kelas satu dan dua. Sambil mencari tempat baru yang dapat digunakan oleh anggota yang tersisa untuk berlatih, mereka memutuskan untuk mengunjungi sekolah baru yang akan segera mereka masuki. Namun demikian, yang mengejutkan mereka, gedung itu tampaknya sudah tidak terpakai lagi! Ternyata karena kekhawatiran dewan sekolah tentang bagaimana siswa Uranohoshi yang baru saja dipindahkan dapat membebani klub, mereka malah dikirim ke sekolah cabang. Hal ini membuat Aqours memiliki tujuan baru-untuk membuktikan bahwa para siswa Uranohoshi juga serius di klub mereka. Sementara itu, masalah lain muncul: siswa kelas tiga tiba-tiba menghilang selama perjalanan kelulusan mereka!

Love Live! Sinar matahari!! Film Idola Sekolah: Over the Rainbow berkisah tentang anggota Aqours yang tersisa saat mereka menjelajah untuk mencari senior mereka yang hilang dan, pada saat yang sama, mencoba mencari cara untuk mengubah pikiran sekolah yang baru.