ハーシェルの町に住むお嬢様のチューズデイは、家出をしてアルバシティまでやってきた。彼女の夢はミュージシャン。そのアルバシティでバイトを首になったのが施設育ちのキャロル。彼女の夢もまた、ミュージシャンだった。キャロルが路上で歌った歌が、チューズデイの心をとらえ、ふたりは出会う。そして、チューズデイはキャロルの部屋に転がり込み、ふたりは生い立ちを語り合う。ここから“奇跡の7分間”の原動力となったふたりの少女の物語は始まる。

家出娘のチューズデイがキャロルの部屋に転がり込み、共同生活が始まった。その夜、キャロルはチューズデイに一緒に作った曲をちゃんとしたピアノで弾いてみたいと言う。思いついた場所は、火星移民メモリアルホール。そして、アルバシティにはもうひとり、歌手デビューを目指す少女がいた。モデルのアンジェラ。彼女は現代最高のプロデューサー・タオのもと歌手として第一歩を踏み出そうとしていた。

キャロルとチューズデイの前に突然現れた男・ガス。自称敏腕マネージャーのガスは「お前らには才能がある」と2人のマネジメントを買って出る。では、どうやってキャロル＆チューズデイを売り出すのか。時代遅れのアイデアばかりのガス。そこでAIプログラマー・ロディの「大物DJにフィーチャリングされる」というアイデアが決まってしまう。ロディのコネで、キャロルとチューズデイは人気絶頂のDJアーティガンに直接売り込みにいくのだが・・・。

DJフィーチャリング作戦は失敗に終わった。そして第2回売り出し作戦会議で決まったのが、ミュージックビデオの制作。ガスが買ったディレクターAI“イデア”が届き、さっそく手分けして撮影の準備が始まる。キャロルとチューズデイは新曲を作り、ロディはアーティガンに高級車を借りに行く。そしてガスは、スタイリストで元妻・マリーを呼び出し、協力を頼む。そして、いよいよ“イデア”による撮影が始まるが・・・。

キャロル＆チューズデイを売り出す作戦は失敗続き。ガスはライブの開催を提案し、旧知の名物オーガナイザー・ヘフナーのところにアポ無しで乗り込んでいく。一方、タオはアンジェラを連れ、ヘッジファンドの帝王・シュバルツに1,200万ウーロン（1ドル＝1ウーロン）の出資を求める。自らの歌で、その価値を証明することを迫られるアンジェラ。そのころロディは、インディペンデントのライブハウス、マーズ・ラウンジを訪れ2人の出演交渉をしていた。

たった観客10人のファースト・ライブ。第1歩を踏み出したキャロル＆チューズデイの次のステージは、サイドニア・フェスのメインステージだった。キャパは10万人以上。しかも開催日は明日。お騒がせバンド・オメガのヴォーカル・ヨシュアに万が一があった時のための補欠としてブッキングされる。憧れのアーティスト・クリスタルも出演する大舞台で、緊張しまくるキャロル＆チューズデイに果たして出番はやってくるのか・・・。

サイドニア・フェスで憧れのクリスタルから声をかけられたキャロル＆チューズデイ。そんな2人にガスはオーディション番組「マーズ・ブライテスト」への出演を提案する。地方予選に参加したキャロル＆チューズデイ。審査員の質問でチューズデイは初めてキャロルの生い立ちを知る。一方、アンジェラもまたタオの指示で「マーズ・ブライテスト」への参加を決めていた。20万人の参加者のうち本選に出場できるのはわずか8組--。

オーディション番組「マーズ・ブライテスト」の本選メンバーは超個性派ばかり。会場の雰囲気に圧倒されるキャロルとチューズデイ。出場者の一人・シベールは、チューズデイのファンを名乗り、親しげに振る舞ってくる。一方アンジェラは、自身のプロデューサーであるタオが姿を見せないことに苛立っていた。そして本選が開幕。キャロル＆チューズデイは第2戦に出場、OGブルドッグと対戦する。

準決勝進出を決めたキャロル＆チューズデイ。その翌週、今度は「マーズ・ブライテスト」の第3戦、第4戦が行われる。出演を控えたシベールは、チューズデイに髪型はどれがいいかを尋ね、さらに一緒にコンビを組もうと迫ってくる。シベールをうまくあしらえないチューズデイに苛立つキャロル。そのシベールが第4戦で対戦するのは、アンジェラだった。

「マーズ・ブライテスト」にここまで勝ち残ったのはGGK、ピョートル、キャロル＆チューズデイ、そしてアンジェラ。マンスリー審査員には、アーティガンが参加し、いよいよ準決勝が始まる。最初の対戦はGGKとアンジェラ。GGKの圧巻なパフォーマンスを見たタオは、突如、歌唱前のアンジェラの楽屋を訪れて、あることを命じる。アンジェラはそれを受け入れた。一方、キャロルとチューズデイのもとを訪れたシベールはチューズデイに別れを告げる。

控室に置かれた『ハッピーバースデイ・チューズデイ』と書かれた箱。その箱を開けたチューズデイは、右手を火傷してしまう。会場ではピョートルが準決勝にふさわしいパフォーマンスで会場を沸かせ、いよいよキャロル＆チューズデイの出番が迫る。ガスが犯人探しに奔走する中、ギターを弾けないチューズデイとキャロルは・・・。キャロル＆チューズデイのステージがついに始まる。

マーズブライテストの決勝を前に、チューズデイは実家に連れ戻されてしまった。大統領選挙を前に、スキャンダルを避けたい母・ヴァレリーはチューズデイを部屋に閉じ込めてしまう。部屋の中で、キャロルとの出会いが、いかに大事なものだったかを振り返るチューズデイ。そんな失意の中、兄のスペンサーはキャロル＆チューズデイの歌を聞いたことを告げる。その頃、ガスとキャロルは、チューズデイを取り戻そうと作戦を立てていた。

マーズ・ブライテストが終わり、徐々に注目を集めるキャロル＆チューズデイ。コインランドリーでヤンキーに絡まれているところを、見知らぬ男性・ダンに助けられる。一方その頃、優勝したアンジェラは記者会見で大勢の報道陣に囲まれ、メジャーデビュー曲を披露する。キャロルとチューズデイも、アンジェラと同様のブライテスト・レコーズの契約に臨むにあたって、ガスは2人に問いかける。「金と自由どっちが大事だ？」。2人の答えは・・・。

ついに、伝説の音楽プロデューサー・トビーと出会う。あまりの衝撃に困惑するキャロル＆チューズデイ。一方、順風満帆なアンジェラには、不穏な影が忍び寄る。そんな中、バイト中にヴァレリーの取材をする謎のジャーナリスト・カイルと出会い、困惑するチューズデイ。そして、先日出会ったダンに、再度助けられたキャロルは徐々に心を通わしていく。デビュー曲のレコーディングもスタートした2人は、果たして・・・。

広まっていくキャロル＆チューズデイのデビュー曲「Army Of Two」。そこに孤高のリビングレジェンドとして知られるアーティスト・デズモンドから招待状が届く。ロディがセレクトしたデズモンドの曲を聞きながら夢を語り合う2人。そして、屋敷を訪れたキャロルとチューズデイは、デズモンドから自分たちが招かれた理由を聞く。その頃、大統領を目指すチューズデイの母、ヴァレリー・シモンズは、現大統領との討論会を行っていた。

ついに発売されたキャロル＆チューズデイのデビュー曲。チャートでは初登場53位を記録し、ガスは「サウス・バイ・サウスウエスト」に出演することを決める。ライブへ向けスタジオでの練習の帰り道で、キャロルがシンガーを目指すきっかけにもなった憧れのアーティスト・フローラと出会う。全盛期から変わり果てたフローラを前に、ガスは自分が昔、フローラのマネジメントをしていたことを2人に告げる。

アーティガンはある朝、目覚めると破産していた・・・。AIマネージャーが預金を全て持ち逃げしたのだ。一文無しになり、自宅も差し押さえされたアーティガンは、ロディの家に転がり込む。すっかり自信を喪失したアーティガンは、自分は何者なのかと自問自答する。元気づけようと考えたロディは、ファーストアルバムを制作中のキャロルとチューズデイのもとへ彼を連れて行く。そして、タオ、アンジェラも巻き込んだアーティガンの復活劇の幕が上がる。

秋のサイドニアフェスに正式出演が決まったキャロル＆チューズデイ。チューズデイは、ちゃんと母親ヴァレリーと向かい合う決意を固め、ヴァレリーを取材する記者カイルと会うことを決める。悩みを優しく受け止めるカイルに徐々に惹かれていくチューズデイ。そんな中、ウェザープラントが何者かによって爆破され、ヴァレリーの地球移民に対する強硬姿勢と相まって、世論を沸騰させていく・・・。

アンジェラが“ブラックナイト”を名乗るストーカーによって危険にさらされていたことを、ダリアがタオに打ち明ける。それを聞いたタオは、自ら犯人探しに乗り出すことを決意する。そんな中、アンジェラはアーティガンが出演するサイドニア・フェスに、シークレットゲストとして参加が決定する。キャロルとチューズデイも前回の雪辱を果たすべく準備を進めていた。いよいよ、それぞれのサイドニア・フェスの幕が上がる。

ウェザー・プラント・テロを境に、反地球移民を訴えるヴァレリー大統領候補の人気はさらに高まりを見せる。そんな中、キャロル＆チューズデイとアンジェラはマーズ・グラミーの新人賞にノミネートされるが、シュバルツの依頼を断ったタオは突如、連邦検察局に身柄を拘束されてしまう。一方、キャロルはサイドニアフェスで出会ったラッパー・エゼキエルが、実は施設で一緒だった幼馴染のアメルではないかと思いコンタクトを試みる。

タオが逮捕され、母ダリアも意識不明のまま、たった一人になったアンジェラは、さらに孤独を募らせていく。キャロルの誕生日でマーズ・グラミー本番であるクリスマスが近づく中、キャロルとチューズデイはアルバム完成に向けて最後の曲に頭を悩ませる。一方、ガスは本番に向けて特別ゲストとの共演を用意するために奔走する。そしてキャロルは、地球への強制送還が決まったアメルに想いを伝えるために会いに行く。

マーズ・グラミーでキャロル＆チューズデイは、憧れのクリスタルと共演することになった。何を歌うべきか迷う彼女たちにクリスタルは、闇の中でも一筋の光となるような歌が必要だと語る。そこから新曲作りに悪戦苦闘する毎日が始まった。マーズ・グラミーの本番日は、キャロルの誕生日であるクリスマス。その日の朝、アンジェラはダリアが入院する病院にいた。いよいよ、マーズ・グラミーの幕が上がる。

母・ダリアが亡くなり、精神的に追い詰められたアンジェラもマーズ・グラミーの舞台で倒れてしまう。一方、ヴァレリー大統領候補の掲げる表現規制に反対するスキップ達ミュージシャンが次々と逮捕されていく。そんな中、キャロルとチューズデイは、ガス、ロディ、アーティガン達に火星中のミュージシャンを誘い一つの歌を歌うことを提案し、それぞれが実現に向け奔走する。そして2人は、アンジェラにも参加してほしいと願うのだが・・・。

アンジェラの前に現れたタオは、ずっと隠していたある秘密を語り始める。その頃、キャロルとチューズデイは楽曲「Mother」をついに完成させていた。大晦日当日、キャロル＆チューズデイの始まりの場所・火星移民メモリアルホールに、火星中の様々なアーティストが極秘に集結してくる。そして、のちに火星の歴史に刻まれることとなる「奇跡の7分間」の幕が上がるのだった。