1998年，来自西安交大的“少年班”导师周知庸（孙红雷 饰），前往全国各处寻找智商超群的天才少年，最终被选出的22个少年将被赋予艰巨的使电影天堂。少年吴未（董子健 饰）就是其中的一员，在这个特殊的班级里，他先后认识了有暴力倾向的麦克（王栎鑫 饰）、小天才方厚正（李佳奇 饰）、“神棍”王大法（柳希龙 饰），以及聪明却冷若冰霜的周兰（周冬雨 饰），五位天才少年从此开始了早于同龄人的大学生活，同时还面对着青春期的各种“疑难杂症”。女神江依琳（夏天 饰）的出现扰乱了男生们的心，攻克“世界数学大赛”的压力也从天而降，而导师周知庸也面对着人生中的最大难题，“少年班”该何去何从？天才少年人生的征途才刚刚开始……