Maria, một cô gái học trở thành một nữ tu tại một tu viện tại Salzburg của Áo. Tuy nhiên cuộc sống trầm lặng ở tu viện lại không phù hợp với cô gái yêu ca hát, hồn nhiên và đôi chút hậu đậu, lơ đãng này. Cô được gửi tới làm gia sư cho 7 đứa trẻ, con của vị đại uý hải quân đã goá vợ Georg Ludwig von Trapp, bao gồm: Liesl (16 tuổi), Friedrich (14 tuổi), Louisa (13), Kurt (11), Brigitta (10), Marta (7) và Gretl (5). Maria nhận ra rằng đại úy Von Trapp đã dạy dỗ và quản lí đứa trẻ theo quân luật một cách quá nghiêm khắc, và điều này đã khiến chúng trở nên bướng bỉnh, mặc dù trước mặt cha thì chúng tỏ vẻ ngoạn ngoãn và dễ bảo. Maria quyết định phải dùng tình yêu và âm nhạc để thay đổi chúng. Liesl, đứa con gái lớn của đại úy, lại đem lòng yêu một anh chàng đưa thư tên Rolf.
Maria nhanh chóng chinh phục được tình cảm của những đứa trẻ. Cô may quần áo cho chúng, dạy chúng hát và cùng vui chơi. Khi đại úy von Trapp nhận ra điều đó, ông cảm thấy rất hối hận về cách cư xử của mình và nhanh chóng thay đổi thái độ với Maria và bọn trẻ. Một người bạn của von Trapp, Max Dettweiler, cố gắng thuyết phục đại úy cho bọn trẻ biểu diễn tại buổi hòa nhạc của ông. Trong buổi dạ tiệc do đại úy tổ chức để giới thiệu người sắp kết hôn với mình, nữ nam tước giàu có Elsa Schraeder, Maria và von Trapp đã nhảy với nhau điệu Ländler, một điệu nhảy dân gian Áo. Nữ nam tước Schraeder cảm thấy ghen tị vì điều đó, và nói với Maria nên rời khỏi gia đình von Trapp. Bối rối vì những cảm xúc mới mẻ của mình với đại úy, Maria quyết định rời khỏi bữa tiệc và quay trở về tu viện.
Sau khi Maria rời đi, dù rất cố gắng nhưng nữ nam tước không thể giao tiếp tốt với bọn trẻ và xóa nhòa hình ảnh Maria khỏi đầu chúng. Sau cuộc trò chuyện với Mẹ bề trên, Maria quyết định quay lại gia đình von Trapp. Nữ nam tước nhận ra tình cảm giữa Maria và đại úy, bà đã chấp nhận từ bỏ đám cưới và quay trở lại Wien. Maria và đại úy sau đó nhanh chóng kết hôn với nhau.
Trong khi Maria và von Trapp đang đi nghỉ tuần trăng mật thì Đức Quốc xã bắt Áo gia nhập Anschluss. Max Detweiler sắp xếp cho bọn trẻ tham dự Festival Salzburg. Khi trở về, đại uý Von Trapp bị bắt phải gia nhập quân đội Đức. Ông cùng gia đình tìm cách trốn thoát nhưng bị quân Đức phát hiện và sau đó ông cùng gia đình phải đến biểu diễn ở Festival Salzburg với tên gọi Trapp Family Singers. Sau khi biểu diễn xong, gia đình ông lại đào thoát lần nữa và bị quân Đức truy tìm. Rolf, người yêu của Liesl, đã phát hiện ra chỗ trốn của họ ở tu viện, và mặc lời khuyên nhủ của đại uý von Trapp, anh ta vẫn báo hiệu cho quân lính tới bắt. Nhờ sự giúp đỡ của Mẹ bề trên và các xơ ở tu viện cũ của Maria, gia đình von Trapp đã trốn thoát thành công và đi lên vùng núi Alps ở Thuỵ Sĩ.