主人公キョンと、非日常を待ち望むヒロイン涼宮ハルヒとの関係性の変化を軸に、彼女が設立した学校非公認同好会SOS団の日常的非日常が描かれる。ハルヒが無自覚に持つ、都合よく世界の理を書きかえる力世界改変能力を巡り物語は展開し、セカイ系の系統でありながら、SF、ミステリ、ラブコメなどの要素を併せ持った構造を持つ。エンディングで、エンディング曲「ハレ晴レユカイ」にあわせた、キャラクターのダンスは、動画サイトを中心に世界的に大ブームとなった。谷川流のライトノベル『涼宮ハルヒシリーズ』のアニメ化作品。2009年版では、放送順番が時系列順となり、原作第3巻「涼宮ハルヒの退屈」収載の笹の葉ラプソディ、原作第5巻「涼宮ハルヒの暴走」収載のエンドレスエイト、原作第2巻「涼宮ハルヒの退屈」、各タイトル相当分が追加で映像化された。