Adolescent de Chicago, Will Grayson a pour meilleur ami Tiny Cooper, un type immense, exubérant et homosexuel, qui accumule les chagrins d'amour.
Soucieux du bonheur de son ami, Tiny fait tout pour que Will tombe dans les bras de Jane, leur complice pleine de charme qui n'attend que ça. Agacé par ces manigances, Will répète qu'il n'est pas amoureux jusqu'au jour où, refoulé à un concert, il se réfugie dans un sex shop en attendant Jane et Tiny. Il y fait la connaissance d'un garçon de son âge qui habite l'autre bout de la ville et porte le même nom que lui : Will Grayson.
Ce Will Grayson 2 est un ado dépressif qui vit seul avec sa mère et n'assume pas encore son homosexualité. Sa rencontre avec Tiny le bouleverse. Il le présente à sa mère. Tiny est accaparé par la comédie musicale qu'il met en scène où il évoque sa propre vie. Will Grayson avoue enfin son amour à Jane et, fâché avec Tiny, se réconcilie avec lui juste avant la représentation où tous les amis de Tiny sont présents, y compris Will Grayson 2 qui lui fait la surprise d'être là.