Film Sang Pemimpi menjadi lanjutan kisah dari Laskar Pelangi, menghadirkan perjalanan remaja Ikal dan sahabat-sahabatnya dalam mencari jati diri, cinta, dan mimpi besar mereka.

Cerita berfokus pada Ikal yang kini beranjak remaja. Ia masih menyimpan rindu pada cinta pertamanya yang telah pergi meninggalkan Belitung. Kenangan itu tersimpan dalam sebuah kotak kaleng bergambar Menara Eiffel simbol harapan dan mimpi yang belum tergapai.

Di sisi lain, sepupunya Arai tampil sebagai sosok penuh percaya diri dengan gaya Melayu yang khas. Ia dikenal sebagai "playboy" sekolah dan jatuh hati pada Zakiah Nurmala, teman sekelasnya yang cantik dan cerdas. Namun sayang, cintanya terasa bertepuk sebelah tangan. Meski begitu, Arai tak pernah kehilangan optimisme dan tetap berani bermimpi tinggi.

Sementara itu, Jimbron, sahabat mereka yang polos dan lugu memiliki impian sederhana tapi tulus. Ia ingin menyelamatkan Laksmi, gadis yang bekerja di pabrik cincau, dari kerasnya kehidupan. Dalam kepolosannya, Jimbron mengajarkan arti kesetiaan dan ketulusan.

Bersama-sama, Ikal, Arai, dan Jimbron menghadapi gejolak masa remaja tentang cinta pertama, kegagalan, pencarian identitas, hingga mimpi untuk keluar dari keterbatasan hidup di kampung halaman. Di tengah segala keterbatasan, mereka belajar bahwa bermimpi setinggi langit adalah satu-satunya cara untuk mengubah nasib.