叶湘伦（周杰伦饰）与父亲（黄秋生饰）相依为命，他的父亲是淡江艺术中学的训导主任。叶湘伦自小在他的培养下，拥有非凡的音乐才华。这天是叶湘伦转读淡江艺术中学的第一天，当他跟着同学晴依（曾恺玹饰）参观校园时，突被一段神秘的钢琴乐曲吸引。湘伦随着琴音引领，走进一间旧琴房，发现弹琴的是一位清秀脱俗的女生路小雨（桂纶镁饰），两人虽然没有交谈，但在四目交投之间，双方都泛起微妙的感觉。就这样，美丽的爱情故事开始了。

而当湘伦问及他们第一次见面在百年琴室所听到的神秘乐曲时，小雨却回答：“这是一个不能说的秘密。”之后，二人陷入热恋，但叶湘伦觉得小雨充满了神秘，却无法进一步了解她。某天，叶湘伦约小雨到琴房见面，叶湘伦以为晴依是小雨，跟晴依接吻时被小雨看到，之后叶湘伦就没有再看到小雨。于是，叶湘伦到处寻找小雨，终于发现了那个小雨所说“不能说的秘密”的全部真相。

周杰伦一直很想当导演，也希望可以拍一部有关音乐或有关年轻人的电影。2006年时，周杰伦就完成了《不能说的秘密》的剧本，影片以自己的高中生活为背景，并回到他的母校淡江中学拍摄。

在构思路小雨这个角色时，周杰伦一开始便想到找桂纶镁来演，因为他第一次看桂纶镁的作品是《蓝色大门》，她有学生的样子，保留着学生的单纯气质，而且也是周杰伦读书时的理想对象型。

2007年7月31日，该片登入中国大陆上映，首日票房近600万，创下了国产片首日票房纪录。

2008年1月10日，该片在韩国30多个艺术影院以数码修复版本上映后，共动员10万观影人次。

在现实爱情故事的基础上，周杰伦加入了自己的奇思妙想，使这部电影显得非比寻常。电影的前半部分的确在讲述一个委婉动人的爱情故事。可是逐渐的，观众们会发现小雨的背后隐藏了一个不可告人的秘密。导演周杰伦在剧情发展上设定了一个惊天大阴谋，因为在情节中埋藏了这样的一个秘密，会使观众在看到中间时心头为之一震。钢琴和音乐作为该片中的重要道具，在剧情的延伸和发展都缺少不了这两样工具，叶湘伦和路小雨的爱情故事，完全是靠音乐的纽带联繫在一起，因为有了神奇的音乐，才会使他们两人的爱情有了美满的结局。不仅仅是剧中那架和男女主人公命运相连的旧钢琴，片中也处处透着古典美学的气息。由于片中人物学习的是欧洲古典音乐，所以他们的服装和场景设计也倾向于欧式古典，美轮美奂的电影画面也得益于片中的这种古典美的风格。周杰伦仿佛是刻意把观众带到一个久违的年代，在这部电影中，没有手机、没有电脑、更没有MP3。可能在他的印象中，那是一个最美妙的年代，他希望永远活在20年前，现实中当然不可能，不过他在电影中做到了。此外，片中至少有10处弹钢琴的场景，有几处还是电影的小高潮部分，周杰伦不仅单手弹琴、双手弹两琴、甚至与桂纶镁四手联弹，把钢琴绝技展示得一览无遗，让观众大饱眼福。

周杰伦不仅是讲述一个纯洁的爱情童话，也是在宣扬音乐的伟大。由于市场因素的限制，他并不能随心所欲地创作自己喜爱的音乐。电影则完全不同，主创的个人思维会直接影响一部电影的走向，周杰伦掌控的这部电影，音乐才是电影中的主角，片中每一个人物的命运都和音乐有莫大的联繫，音乐改变了他们的人生（腾讯娱乐评）。

电影中四处捡点了不少别人的经典桥段，穿越时空的男女恋爱，是好莱坞老掉牙的故事模子。而片中“斗琴”那一段，就是《海上钢琴师》的一段翻版（三湘都市报评）。