Eleanor y Park está ambientada en Omaha, Nebraska, a lo largo del curso escolar desde el otoño de 1986 hasta el verano de 1987. El libro está escrito en tercera persona y la narración alterna entre la perspectiva de Eleanor y la de Park. Eleanor Douglas es una estudiante de décimo grado que acaba de ser trasladada a un nuevo instituto. Eleanor se distingue del resto de los alumnos por su aspecto, ya que es «grande y torpe», tiene el pelo rojo rizado y lleva ropa de hombre con accesorios poco habituales. Nadie quiere hacerle sitio en el autobús, pero Park acaba dejando que se siente a su lado. Eleanor es muy inteligente y aguda, y destaca especialmente en la clase de inglés. Sin embargo, su vida familiar es muy problemática. Eleanor, su madre, su padrastro Richie, abusivo y alcohólico, y sus cuatro hermanos menores, viven en la pobreza. Todos los niños tienen que compartir una habitación y no pueden permitirse un teléfono. Eleanor acaba de volver a su casa después de que el malvado Richie la echara durante un año. Richie aterroriza a toda la familia. La madre de Eleanor quiere ser una pacificadora y fingir que todo está bien, aunque Richie es violento y abusivo. Eleanor no se siente segura en casa.
El compañero de décimo grado Park Sheridan también se siente como un extraño, aunque, a diferencia de Eleanor, los otros niños no se burlan de él. Aunque ha vivido en Omaha toda su vida, no siente ninguna conexión profunda con los otros estudiantes de la escuela. Es asiático-americano, lo que es muy raro en Omaha, y le gusta la música y los cómics. La vida familiar de Park es mucho más acogedora que la de Eleanor, ya que sus padres mantienen una relación afectuosa y tienen un estilo de vida cómodo. Sin embargo, Park se enfrenta a tensiones en casa, ya que su padre quiere que sea más masculino, y Park siempre siente que le está defraudando
Cuando Eleanor se sienta en el autobús junto a Park, ambos se muestran hoscos y resentidos por la situación, sobre todo porque ambos conocen el código social tácito de que una vez que eliges tu asiento en el autobús, quedas atrapado en él durante todo el año. Sin embargo, pronto esto cambia radicalmente. Eleanor y Park comienzan a establecer lentamente una conexión a lo largo de sus viajes en autobús. Primero construyen su relación en silencio, escuchando música y leyendo cómics juntos. Con el tiempo, su relación crece, empiezan a hablar y sus viajes en autobús se convierten en lo mejor de sus días. Cuando por fin se cogen de la mano, saltan chispas. Park y Eleanor se encaprichan el uno del otro. Park le dice a Eleanor que la ama, y Eleanor le expresa su afecto de muchas maneras, pero nunca le dice que lo ama de vuelta.
Aunque la relación de Eleanor y Park florece, otras partes de sus vidas no van tan bien. Eleanor es acosada en la escuela, especialmente en el vestuario del gimnasio, donde las otras chicas cubren su taquilla con compresas y tiran su ropa al retrete. Park golpea a Steve, un matón, por protagonizar burlas contra Eleanor. La vida familiar de Eleanor también empeora. Cuando Eleanor oye disparos una noche, llama a la policía, lo que hace que Richie se enfade más que nunca.
Park y Eleanor muestran una cierta gama de expresión de género. A Eleanor le gusta llevar corbatas y camisas de hombre. A la madre de Park le cuesta aceptar a Eleanor al principio, porque a ésta no le importan los estándares de belleza tradicionalmente femeninos. Pero cuando la madre de Park se da cuenta de las dificultades por las que ha pasado Eleanor, puede identificarse con ella y ve que Eleanor es buena para Park. Park descubre que le gusta usar delineador de ojos, lo que hace enfurecer a su padre, ya que éste quiere que sea más tradicionalmente masculino. Sin embargo, cuando Park defiende a Eleanor y se convierte en una persona segura de sí misma, el padre de Park acaba aceptando a Park por lo que es.
El clímax de la historia llega cuando Eleanor vuelve a casa una noche, justo después de que ella y Park se besen, para encontrar que Richie ha destruido su caja de posesiones privadas, que incluyen cintas de mezclas que Park le había hecho y maquillaje de la madre de Park. Richie le deja a Eleanor una nota amenazante, lo que hace que Eleanor se dé cuenta de que Richie ha sido el que ha dejado mensajes lascivos por todos sus libros de texto ese año. Eleanor escapa de la casa. Dos de los mayores matones de la escuela, Tina y Steve, la ayudan a pesar de que nunca han sido amables con ella porque pueden ver que Richie es pura maldad. Eleanor se da cuenta de que la única persona con la que podría vivir es su tío en Minnesota, y Park se ofrece inmediatamente a llevarla hasta allí. Eleanor y Park tienen un viaje muy agridulce, porque saben que puede ser la última vez que se vean en mucho tiempo. Después de separarse, Park intenta enviar cartas y paquetes a Eleanor, pero ella está demasiado disgustada como para permitirse abrirlos, y nunca responde. Finalmente, Park, con el corazón roto, deja de comunicarse y trata de seguir adelante. Al final de la novela, Eleanor le escribe a Park una postal que contiene sólo tres palabras. Estas palabras no se revelan al lector.