1945年二次世界大战结束，台湾日治时期也随之终结。12月，一位日本籍教师在遣返船高砂丸上，一字一句写下给他台湾籍女学生兼爱人小岛友子的七封情书。信封上简单写着「台湾恒春郡海角七番地」、「小岛友子様」但随着两人分离两地另组家庭，成了寄不出去的七封情书。

六十余年后的现代，原于台北任乐团主唱的阿嘉，打滚十余年仍一事无成，一日早晨在怒砸电吉他后，失意地骑着他那边骑边冒白烟的爱车，一路由台北骑回故乡－台湾最南端的恒春镇，并在镇民代表会主席（阿嘉的继父）的关说与安排下暂时接替因为车祸而无法工作的老邮差茂伯之工作。但阿嘉忿忿不平，看不起身边的一切，完全没有尽责地送信，几乎把信件都带回家搁置。其中有一件来自日本、要寄到「海角七号」的邮包，阿嘉好奇打开之后看见了七封日文信，看不懂内容的他将其丢在房间一角。

另一方面，当地的饭店找了日本歌手中孝介来表演，却因没有用当地人的乐团，遭代表会主席封杀，最后逼不得已只好请日本女公关友子找恒春当地的乐团暖场，负责演奏两首暖场曲，但在当地根本没有乐团，只好由一群杂牌军凑出一个暖场用摇滚乐团：痛骂台北的失意乐团主唱阿嘉、离异的原住民警察吉他手劳马、早熟古怪却才能无处发挥的小六教堂键盘手大大、喜欢人妻的机车行学徒鼓手水蛙，贝斯手甚至换了三任：劳马那其实不会弹贝斯的口琴吉他老爹、号称月琴「国宝」却只能自娱的老邮差茂伯、直到最后换成勤劳的小米酒客家推销员马拉桑。

在练习过程中，整个团队因为各种因素而时有冲突，且看来毫无希望：觉得大材小用，所以不关心也不负责的乐团主唱、想唱自己歌的吉他手、太过自我的键盘手、根本不会弹贝斯的贝斯手们…以及无能为力的日本女公关等。团队开始练习阿嘉几年前写的第一首歌，在过程中慢慢互相了解、和解并培养默契，但尽管如此，演唱会日子即将到来，第二首歌毫无影踪，阿嘉仍然萎靡不振；友子愤怒辞职，却被茂伯送来的婚宴邀请函给留住。在疯狂的路边办桌喜宴后，本来想放弃的友子与阿嘉在酒后互吐真言后发生了突如其来的一夜情。在阿嘉的房间里，友子读了被阿嘉抛在角落的七封信。原来写那些信的日籍教师已过世，他的女儿发现了，并且将信寄来台湾。读到了信中浓烈的思念的友子督促阿嘉一定要把信送到。

一夜情虽然造成了尴尬，但阿嘉却也藉由友子的鼓励，振作起来用心去创作第二首歌曲。同时，友子向大大被日本男人抛弃的母亲吐露爱上了阿嘉的心事，并在讨论台日恋情一事时提到了她所见的那七封未寄出的信。原来被抛弃的小岛友子是大大母亲的祖母。在大大母亲的提示下，阿嘉最后终于将那七封信在六十年后送给了收信人，并在演唱会即将开始前及时赶回。

在演唱会开始前，阿嘉终于向友子真情表白。暖场团队达成任务，表演大受欢迎。友子在所有观众面前戴上了代表爱情的原住民珠炼，接受了阿嘉的爱。在中孝介以及阿嘉合唱的安可曲《野玫瑰》这首歌曲当中，表演完美收场。在此同时，小岛友子老祖母抚着七封信，在野玫瑰的末段歌词声中，回想起六十年前与日本教师分别的场景。