Stargirl volgt het verhaal van Courtney Whitmore, een slimme, atletische en vooral vriendelijke meid. Courtney verhuist naar Blue Valley, Nebraska nadat haar moeder hertrouwt met Pat Dugan, een voormalig lid van de Justice Society of America. Ze ontdekt dat haar stiefvader een geheim heeft; hij was de sidekick van een superheld. Door de kosmische staf van de lang verloren held te 'lenen', wordt ze de onwaarschijnlijke inspiratie voor een geheel nieuwe generatie superhelden.
Een kwartlevenscrisis zorgt ervoor dat een jonge Chinees-Amerikaanse vrouw stopt met studeren en een levensveranderende reis maakt naar een afgelegen klooster in China. Maar wanneer ze terugkeert om te ontdekken dat haar geboorteplaats overspoeld wordt door misdaad en corruptie, gebruikt ze haar vechtsportvaardigheden en Shaolin-waarden om haar gemeenschap te beschermen en criminelen voor de rechter te brengen ... terwijl ze op zoek is naar de huurmoordenaar die haar Shaolin-mentor heeft vermoord en nu haar doelwit is.
Bij elke aflevering lopen artiesten door een deur naar een onbekende situatie, begroet door de regel 'Godzijdank dat je er bent!'. Vervolgens moesten ze zich een weg door de scène improviseren. Aan het einde van elke aflevering werd een winnaar bekend gemaakt.
Acht jaar geleden viel Citadel. Het onafhankelijke wereldwijde spionagebureau - dat de taak had om de veiligheid en zekerheid van alle mensen te handhaven - werd vernietigd door agenten van Manticore, een machtig syndicaat dat de wereld vanuit de schaduw manipuleert. Met de val van Citadel werden de herinneringen van elite-agenten Mason Kane en Nadia Sinh gewist toen ze ternauwernood ontsnapten. Sindsdien zijn ze verborgen gebleven en hebben ze nieuwe levens opgebouwd onder nieuwe identiteiten, zich niet bewust van hun verleden. Totdat Mason op een nacht wordt opgespoord door zijn voormalige Citadel-collega, Bernard Orlick, die zijn hulp hard nodig heeft om te voorkomen dat Manticore een nieuwe wereldorde vestigt. Mason gaat op zoek naar zijn voormalige partner, Nadia, en de twee spionnen beginnen aan een missie die hen de hele wereld over brengt in een poging Manticore te stoppen.
Als een gewone jongeman per ongeluk iemand vermoordt, volgen er meer moorden en raakt hij verstrikt in een eindeloos kat-en-muisspel met een sluwe rechercheur.