1979年，日本福冈县北九州。23岁的寺岛美香子（绫濑遥饰）刚刚到户畑第三中学任教，年轻的她想要在新的学校做出一番成绩。美香子在初中的时候遇到了她人生的启蒙老师，并因此立志要成为一名好老师。
但美香子在原来的学校却因为某件事失去了学生的信任，她自己也失去了当老师的自信。转到新的学校之后，美香子想要重新开始，并自告奋勇的当上了无人问津的楠梓排球部的顾问。
美香子情绪高涨的来到男子排球部的活动室，准备开始自己的第一堂课。谁知道排球部的男生都是“色胚”，满脑子尽是女生，根本就没有心思打排球。他们聊的话题除了不切实际的色情梦就是一些更无聊的事情。美香子看到这几个排球队员，也禁不住泄气了。但是想起自己要当一名好老师的梦想，还是打起精神“教导”这几个排球队员。
为了鼓励排球队员们好好练球，美香子承诺说只要他们肯努力，他们提出什么要求都会答应。没想到这帮男孩子立马接话说：“如果我们赢了比赛，老师就给我们看胸部！”美香子又羞又气，不假思索的就拒绝了。没想到这群男孩子立刻抱怨美香子，说她是个不守诺言的骗子。
美香子为难起来，最后为了守住自己的承诺，勉强答应了他们的要求。令美香子高兴的是，在“胸部之约”的鼓舞下，这几个排球少年像换了个人似的，每天拼命的练球。看到他们努力拼搏的样子，美香子也积极进修排球教练的课程，并对他们展开了特训。
日子一天天过去，男子排球部的技战术水平在提高。距离排球大赛越来越近了，美香子的心情矛盾起来：一方面她很希望排球队员们能够享受到胜利的喜悦；另一方面她并不想给他们看胸部。
美香子在教学的过程中渐渐重拾了自信，也重新与学生们建立起了信赖关系。但在排球大赛即将开赛的时候，“胸部之约”竟然泄露了出去，在整个学校引起了宣然大波……

这部有着“惊人标题”的电影改编自同名青春小说《巨乳排球》。《巨乳排球》的作者是水野宗德，一位横跨多个领域的作家。小说的灵感来自一个真实的故事，水野宗德在制作一档广播节目的时候，一位在男排社当顾问的女老师打电话讲述了自己的亲身经历：社团的学生们向她提出“如果老师给我们看胸部，我们就会努力打球”的要求，为了鼓励他们打球她勉强同意了。好在最后这帮孩子只是开玩笑，在赢得了比赛之后并没有要求老师兑现承诺。水野宗德在听了这个青春热血奋斗的故事之后，立刻产生了将其写成小说的想法。但小说出版后，因为吓人的标题被一些书店退货。后来因为读者的喜爱，才成为许多书店的抢手货。
同样的，在把小说搬上银幕的过程中也产生了许多小波折，还差点导致电影流产。取得《巨乳排球》电影改编权的ROBOT公司的制作人认为要把小说搬上大银幕，至少需要三个条件：热爱胸部擅长拍主流娱乐电影的导演、拥有诱人胸部也能讨女性观众喜欢的女演员、能给导演天马行空的幻想踩刹车的女制作人。要同时达到这三个条件并不容易，制作方在寻觅半年未果之后开始考虑放弃电影计划。没想到在此时奇迹发生了，羽住英一郎——《海猿》系列和《银色季节》等励志电影的导演——偶然看到了《巨乳排球》的小说，立刻产生了将其改编为电影的想法，而且思路也已经理清了。就在同时，出版社打来电话说找到了一位女制作人，巧合的是这位女制作人正是ROBOT公司的明石直弓。
导演和女制作人找好之后，女演员的选角相对比较简单，剧组人员一致推荐当红女星绫濑遥来出演美香子。绫濑遥今年正好和女主角年龄一样，都是23岁。绫濑遥在出演了电影《我的机器人女友》和《女座头市》之后正在考虑改变一下戏路，美香子这个“平凡”的角色一下就打动她了。于是《巨乳排球》电影得以顺产，电影计划迅速展开。
其他：
本片的导演羽住英一郎虽然以拍热血青春剧见长，但这还是第一次拍摄以女性为主人公的电影。为了最好的挖掘电影中的青春气息，羽住英一郎还要求剧组人员在拍摄期间打招呼必须在结尾带上“ ”。于是每天都能听到从剧组传出“早上好巨乳”、“辛苦了巨乳”等问候语，刚开始演员们都很不好意思说，但渐渐的就习惯了，反而能感受到那群“骚动”的男排球队员的荷尔蒙气息。
另外，绫濑遥被选中参演此片，除了演技优良之外，她F罩88公分的美胸也十分契合电影的需要。