Герои и события являются вымышленными. Мир, в котором развиваются события, находится по технологическому развитию на уровне современной реальности времени публикации историй: в книгах упоминаются компьютеры, мобильные телефоны, интернет. В тексте упоминаются и имена собственные музыкантов, писателей, учёных и т. д., существующих или существовавших в реальном мире; мир художественного произведения основывается на реальном. В книгах идёт повествование от первого лица. Участвующего в описываемых событиях рассказчика зовут Кён, на начало событий он — обыкновенный японский школьник. Указаний на то, к кому он обращается своими рассказами, нет.
За три года до событий описанных в первой книге серии ранобэ — «Suzumiya Haruhi no yuuutsu» (яп. 涼宮ハルヒの憂鬱 Судзумия Харухи но ю:уцу?, Меланхолия Харухи Судзумии), по сюжету происходит некое событие описываемое героями по разному. Согласно версии экстрасенсов, в это время возникает мир. Согласно версии пришельцев происходит «информационный взрыв». Согласно версии гостей из будущего — «времятресение». Все версии сходятся в одном — причиной стала Харухи Судзумия. Это привлекает к ней внимание трех основных сил ранобэ — путешественников во времени не могущих пройти в прошлое более раннее чем времятресение, экстрасенсов считающих что Харухи наделила их способностями противостоять разрушению созданного ей же мира, возникающему как следствие её плохого настроения и пришельцев представляющих собой информационную форму жизни и заинтересованных в Харухи как в объекте исследований способном создавать данные из ничего и ключе к собственной эволюции. Помимо этих трех сил вскользь упоминаются иные организации, в частности желающие предотвратить изобретение машины времени. Однако, значительного участия в сюжете они не принимают. Каждая из трех сил, в сюжете представлена одним персонажем. Экстрасенсы — Коидзуми Ицки, путешественники во времени — Асахиной Микуру, пришельцы — Нагато Юки.
Вскоре после действий Харухи вызвавших интерес к ней, из будущего по поручению Асахины прибывает Кён. В его задачу входит помочь некой девочке, которой оказывается Харухи. При встрече с Харухи, Кён легко соглашается с существованием экстрасенсов, пришельцев и гостей из будущего, так как уже встречал их в своём времени. Также он с легкостью угадывает что знаки которые от него требует нарисовать Харухи — послание Хикобоши и Орихиме, так как события происходят во время Танабаты и в будущем Харухи сама рассказала ему что на Танабату положено отправлять сообщения именно им. Этим он вызывает интерес Харухи и в итоге она переводится в его школу. При встрече с Кёном в наши дни, при попытке Кёна наладить общение с Харухи она не узнает его, однако, ей кажется что она его где-то уже встречала. В итоге, к удивлению окружающих, Кёну удается наладить контакт с ней.
После этого, раздосадованная отсутствием чего-либо интересного, Харухи решает создать собственный школьный кружок, который называет «СОС-бригадой» (SOS — от Sekai wo Oini moriagerutame no Suzumiya Haruhi no Dan (яп. 世界を大いに盛り上げるための涼宮ハルヒの団?)), что буквально переводится приблизительно как «Бригада Харухи Судзумии, нацеленная на внесение большей оживлённости в этот мир». Кён, как человек, невольно подсказавший идею создать этот кружок и наладивший контакт с Харухи, оказывается втянут в авантюру. Далее рассказывается, что усилиями Харухи количество членов СОС-бригады возрастает до пяти. Новички, в дальнейшем, втайне от других героев признаю́тся Кёну в своей настоящей природе и излагают свои причины заинтересованности в Харухи Судзумии.
Юки Нагато, строгая девушка-тихоня, единственный член литературного кружка, комнату которого Харухи реквизирует под базу своей бригады, — оказывается сущностью, вполне подпадающей под определение инопланетянина. Микуру Асахина, стеснительная девушка из старшего класса, примеченная за миловидность, по собственному признанию Харухи, на роль классного маскота для бригады, — оказывается гостьей из будущего. Ицуки Коидзуми, улыбчивый парень, который из-за перевода в школу главных героев через два месяца после начала учебного года является для Харухи загадочным учеником и обязательным дополнением к её кружку, — оказывается своеобразным экстрасенсом.
В книге в каждом случае приводятся высказываемые Кёну обоснования интересов к Харухи. У каждого из трёх героев объяснение как интереса, так и природы собственно Харухи Судзумии, своё. В каждом случае та служит сверхъестественным источником изменений, затрагивающих окружающий мир. При этом, во-первых, характер этих изменений находится в зависимости от настроения Харухи. Во-вторых, Харухи сама, по общему мнению героев, об этом даже не догадывается. Также излагается, что все трое высказывают Кёну мнение, что тот — простой человек, избранный Харухи Судзумией. Объяснений для этой «избранности» они не имеют или не высказывают, но так или иначе они рассчитывают на сотрудничество со стороны Кёна. Три года наблюдений до случившегося создания СОС-бригады, по словам героев, ничего подобного им видеть не доводилось.
Со всем багажом знаний герой Кёна, по его собственным рассуждениям, находится в разного рода неопределённостях, поскольку никто из других персонажей не может предоставить ему понятных доказательств их правоты, подтверждений догадок или полных объяснений происходящего. Книга заканчивается рассказом о том, что Кён, заснув у себя дома, просыпается в ограниченном пространстве в безжизненной школе наедине с Харухи. События, которые разворачиваются вокруг них, напоминают ему пессимистические сценарии, выдвигавшиеся остальными членами СОС-бригады: конец света, пересотворение мира или уход в другую реальность — всё по подсознательному желанию впавшей в меланхолию Харухи. Пользуясь подсказками этих остальных членов, и после некоторых раздумий, Кён идёт на решительные действия в отношении Харухи, которые предотвращают дальнейшее развитие кризиса, и мир, по наблюдениям героев, пока что сохраняется без радикальных изменений.
События дальнейших книг разворачиваются в этой же вселенной, с теми же героями. Последовательные книги не обязательно выдержаны в хронологическом порядке разворачивающихся в них событий, но рассказывают новые подробности и истории, в которые попадает Кён и остальная СОС-бригада. Так, события, описанные во второй книге, по словам рассказчика, разворачиваются через полгода после событий из первой книги. В более коротких рассказах из третьей книги есть события, происходившие во время этого полугодового отрезка, а есть и путешествия во времени в прошлое, которое имело место до событий первой книги. Рассказ в книгах продолжает вестись от первого лица Кёна и сопровождается его описаниями, мыслями, мнениями о происходящем.
