《悲伤时唱首歌》讲述了音乐制作人赵宇和舞蹈演员沈心虹之间的爱情故事。赵宇偶遇沈心虹后，两人相爱。然而，心虹患上了绝症，为了不拖累赵宇，她故意表现出冷漠和绝情，试图让赵宇离开自己。但赵宇不离不弃，始终陪伴在她身边。在这个过程中，赵宇结识了心虹的妹妹沈心萍，心萍渐渐爱上了赵宇。心虹最终还是离开了人世，赵宇在悲伤中难以自拔。而心萍一直默默守护着他，帮助他走出阴霾。经历了种种波折，赵宇最终能否接受心萍的感情，开始新的生活，充满了未知与感动。