本作のプロットは、谷川流氏による原作小説第4巻『涼宮ハルヒの消失』を極めて忠実に再現しつつ、京都アニメーションの緻密な演出によって映像化されました。物語を完全に理解するためには、アニメシリーズ全体の時系列と伏線の結びつきを把握することが欠かせません。
特に重要な伏線となっているのが、七夕のエピソードを描いた『笹の葉ラプソディ』です。3年前に時間跳躍したキョンが名乗った偽名「ジョン・スミス」は、改変後の世界で光陽園学院に通うハルヒの記憶を呼び覚ます絶対的な鍵となります。また、部室で長門がキョンに渡した図書カードや、改変直前の部室で見せた長門のわずかな手の震えなど、微細な挙動の一つひとつがクライマックスへの重要な布石となっています。
作品を鑑賞する際の最適な見る順番としては、テレビアニメ全28話を時系列順(2009年放送版の順番)で視聴した上で、劇場版『涼宮ハルヒの消失』へ進むルートが推奨されます。現在、各種動画配信サブスクリプション(dアニメストア、U-NEXT、DMM TV、ABEMA等)でもこの時系列配信が定着しており、事前の文脈を理解して鑑賞することで物語の解像度が飛躍的に高まります。