Cerita dari sebuah daerah di Belitung, yakni di SD Muhammadiyah. Saat itu menjadi saat yang menegangkan bagi anak-anak yang ingin bersekolah di SD Muhammadiyah. Kesembilan murid yakni, Ikal, Lintang, Sahara, A Kiong, Syahdan, Kucai, Borek, Trapani tengah gelisah lantaran SD Muhammadiyah akan ditutup jika murid yang bersekolah tidak genap menjadi 10. Mereka semua sangat cemas. SD Muhammadiyah adalah SD islam tertua di Belitung, sehingga jika ditutup juga akan kasihan pada keluarga tidak mampu yang ingin menyekolahkan anak-anak mereka. Di sinilah anak-anak yang kurang beruntung dari segi materi ini berada.
Saat semua tengah gelisah datanglah Harun, seorang yang keterbelakangan mental. Ia menyelamatkan ke sembilan temannya yang ingin bersekolah serta menyelmatkan berdirinya SD Muhammadiyah tersebut. Dari sanalah dimulai cerita mereka. Mulai dari penempatan tempat duduk, pertemuan mereka dengan Pak Harfan, perkenalan mereka yang luar biasa di mana A Kiong yang malah cengar-cengir ketika ditanyakan namanya oleh guru mereka, Bu Mus. Kejadian bodoh yang dilakukan oleh Borek, pemilihan ketua kelas yang diprotes keras oleh Kucai, kejadian ditemukannya bakat luar biasa Mahar, pengalaman cinta pertama Ikal, sampai pertaruhan nyawa Lintang yang mengayuh sepeda 80 km pulang pergi dari rumahnya ke sekolah.
Semua kejadian tersebut sangat menghiasi kehidupan kesepuluh anak yang mengatasnamakan diri mereka sebagai Laskar Pelangi. Bu Mus yang meupakan guru terbaik yang mereka milikilah yang telah memberikan nama tersebut untuk mereka. Karena bu Mus tahu mereka semua sangat menyukai pelangi. Saat susah maupun senang mereka lalui dalam kelas yang menurut cerita pada malam harinya kelas tersebut sebagai kandang bagi hewan ternak. Di SD Muhammadiyah itulah Ikal dan kawan-kawannya memiliki segudang kenangan yang menarik.
Seperti saat kisah percintaan antara Ikal dan A Ling. Awalnya Ikal disuruholeh Bu Mus untuk membeli kapur di tokoh milik keluarga A Ling. Ia jatuh cinta pada kuku A Ling yang indah. Ia tidak pernah menjumpai kuku seindah itu. Kemudian ia tahu bahwa pemilik kuku yang indah tersebut adalah A Ling, Ikal pun jatuh cinta padanya. Namun, pertemuan mereka harus di akhiri lantaran A Ling pindah untuk menemani bibinya yang sendiri.
Kejadian tentang Mahar yang akhirnya mnemukan ide untuk perlombaan semacam karnaval. Mahar menemukan sebuah ide untuk menari dalam acara tersebut. Mereka para laskar pelangi menari sperti orang kesetanan, hal tersebut dikarenakan kalung yang mereka kenakan dari buah yang langkah dan hanya ada di Balitong, merupakan tanaman yang membuat seluruh badan gatal. Alhasil mereka pun menari layaknya orang yang tengah kesurupan. Namun berkat semua itu akhirnya SD Muhammadiyah dapat memenagkan perlombaan tersebut.
Namun, pada uatu ketika datanglah Flo, seorang anak yang kaya pindahan ari SD PN, ia masuk dalam kehidupan laskar pelangi. Sejak kedatangan Flo di SD Muhammadiyah tersebut yang membawa pengaruh buruk bagi teman-temannya terutama Mahar, yang duduk satu bangku dengan Flo. Sejak kedatangan anak tersebut nilai Mahar seringkali jatuh dan jelek sehingga membuat bu Mus marah dan kecewa.
Hari-hari mereka selalu dihiasi dengan canda dan tawa maupun tangis. Namun di balik semua kecerian mereka, ada seorang murid yang benama Lintang yakni anggota laskar pelangi yang perjuangannnya terhadap pendidikan perlu di acungi jempol. Ia rela menempuh jarak 80 km untuk pulang dan pergi dari rumahnya ke sekolah hanya untuk agar ia bisa belajar. Ia tidak pernah mengeluh meski saat perjalanan menuju sekolahnya ia harus melewati sebuah danau yang terdapat buaya di dalamnya. Lintang merupakan murid yang sangat cerdas. Terbukti saat ia, Ikal, dan juga Sahara tengah berada pada sebuah perlombaan cerdas cermat. Ikal dapat menantang dan mengalahkan Drs. Zulfikar, guru sekolah kaya PN yang berijazah dan terkenal, dengan jawabannya yang membuat ia memenangkan lomba cerdas cermat.
Namun sayang, semua kisah indah laskar pelangi harus diakhiri dengan perpisahan seorang Lintang yang sangat jenius tersebut. Lintangdan awan-kawan membuktikan bahwa bukan karena fasilitas yang menunjang yang akhirnya dapat membuat seseorang sukses maupun pintar, namun kemauan dan kerja keraslah yang dapat mengabulkan setiap impian. Beberapa hari kemudian, setelah perlombaan tersebut Lintang tidak masuk sekolah dan akhirnya mereka kawan-kawan Lintang dan juga bu Mus mendapatkan surat dari Lintang yang isinya, Lintang tidak dapat melnjutkan sekolahnya kembali karena ayahnya meninggal dunia. Tentu saja hal tersebut menjadi sebuah kesedihan yang mendalam bagi anggota laskar pelangi.
Beberapa tahun kemudian, saat mereka telah beranjak dewasa, mereka semua banyak mendapat pengalaman yang berharga dari setiap cerita di SD Muhammadiyah. Tentang sebuah persahabatan, ketulusan yang diperlihatkan dan diajarkan oleh bu Muslimah, serta sebuah mimpi yang harus mereka wujudkan. Ikal akhirnya bersekolah di Paris, sedangkan Mahar dan teman-teman lainnya menjadi seseorang yang dapat membanggakan Belitung.
