Didi, Dedé, Mussum e Zacarias, funcionários humildes, trabalham no Grand Circo Bartholo como
contra-regras, mas arrumam tantas trapalhadas quando aparecem para o público que passam a ser número obrigatório e a maior atração, sendo explorados, em sua ingenuidade por Barão (Paulo Fortes), o dono do circo. A filha de Barão, Karina (Lucinha Lins), por quem Didi está apaixonado, é bailarina e namorada de Frank, o acrobata, que é objeto de desejo de Tigrana (Mila Moreira), a domadora de leões e assistente do perverso mágico e hipnotizador Assis Satã (Eduardo Conde). Enciumado, Satã, sócio do Barão, conta que Frank está conscientizando os Trapalhões e promete afastá-lo de Karina e do circo, desde que seja dobrada sua participação nos lucros. Rapta Frank e o prende na casa onde Barão guarda o dinheiro que lucra, com o qual pretende reviver o fausto que a família teve no passado e arrumar um casamento milionário para Karina. Os Trapalhões, sonhando com a liberdade, e Karina, julgando ter sido abandonada por Frank, fogem para a cidade grande, imaginando chegar a Hollywood. A realidade das ruas é dura e eles voltam, conseguindo salvar Frank. Em conjunto com os outros artistas do circo, Frank, Karina e os Trapalhões arregimentam um grande público e procuram o Barão, que aceita contratá-los de maneira mais digna ao vê-los unidos e ao perceber que a força do espetáculo está com eles. No fim da grande apresentação, Karina convida Didi para ser o padrinho de seu casamento com Frank, deixando o trapalhão arrasado. O espetáculo final começa enquanto o trapalhão sofre sozinho em meio a alegria dos demais membros do circo.
A trilha sonora de Os Saltimbancos Trapalhões constitui-se de versões para as faixas que integravam Os Saltimbancos, musical infantil de Sergio Bardotti, Luis Enríquez Bacalov e Chico Buarque, e que teve montagem histórica no teatro Canecão com artistas como Nara Leão e Miúcha. Os números utilizados no filme são os seguintes:
