その反響は数字としても現れており、テレビアニメ第1期の終了時点で、ポスターなども含めた関連商品の点数は200点以上におよび、TBSの番組としてはこれまで最多であった『ROOKIES』の103点を倍近く上回っている[14]。それから2年以上経過した劇場版公開直前の日経エンタテインメント! 2011年12月号特集（2012年1月には日経本紙電子版にも掲載されている[15]）によれば、アニメグッズ、タイアップ商品、フィギュア、プラモデル、お菓子、飲料、楽器、ラッピング電車、乗車券、切手など、商品化アイテムは1,050点以上、その市場規模は150億円超とされている。なおこれはテレビアニメ版の関連商品のみの数字で、映像商品（BD/DVD）は含まれず、劇場版公開前のデータのためその関連も含まない。そして2012年5月22日に行われた東京放送ホールディングス（TBSHD）2012年3月期決算説明会では、アイテム数はさらに増え1,500点以上、映像商品を含めた市場規模も380億円に達しているとの報告があった[16]。
タイトルロゴの相違

原作のタイトルロゴは「お」の字にギターのシルエットが模され、そこからフォーンケーブルが延び末尾の感嘆符に模されたアンプに繋がっているのが特徴。一方で、アニメ、グッズ、CDなどのロゴの感嘆符は通常のものになっている。
あらすじ
シリーズ全体の大まかな流れ

唯・澪・律・紬が入学した時点で、桜が丘高校軽音部は前年に部員全員が卒業したため部員数が0となり、新たに4人の部員が入部しなければ廃部となる状況だった。そのため軽音部に入部を希望していた田井中律は自ら発起人となり、幼なじみの秋山澪をなかば強引に入部させ、合唱部の練習場所と間違えて二人のいた音楽室にやってきた琴吹紬も勧誘し、部員数を3人にする[注 4]。そこに軽音部を「軽い音楽をする部活」と勘違いした平沢唯が4人目として入部したことで、軽音部はなんとか廃部を免れることができた。さらに翌年、新入生の中野梓が入部したことで部員数は5人となる。

部長は律、顧問は山中さわ子が務める。第1音楽室の隣にある準備室を部室に据える。バンド名はメンバー各自が考えた末決めることができず、痺れを切らしたさわ子が勢いで「放課後ティータイム」と命名した。以降このバンド名で活動し、アニメ版では唯が考え出した温泉マークの下にティーカップを描いたものをロゴマークとしている。

軽音部の活動は学園祭と新入生歓迎会でのライブが中心。アニメ版では第1期の番外編でライブハウスのコンサートに出演し、ほかのバンドのメンバーとの交流を経験した。映画ではその時の縁からロンドンで行われたイベントでライブ演奏をするなど、学園外活動の実績もある。しかし原作ではこのエピソードが存在しないため、生徒会が軽音部の存続を危ぶんでいたこともある。

卒業後の進路は紆余曲折の末に4人とも同じ大学を目指すことになり、無事全員が合格してN女子大学[注 5] に進学することになった。

大学（college）でも4人は軽音部に入部したが、そこでライバルバンド「恩那組」の和田晶・林幸・吉田菖の3人と出会う（しかし、ライバルだと思い込んでいるのは晶のみである）。

アニメ第2期および映画では、放課後ティータイムの上級生組4人が修学旅行に行った際に購入した（梓にはおみやげとして渡した）「け」「い」「お」「ん」「ぶ」の一文字が刻まれたキーホルダーを各自一文字所有し、全員がバッグに取り付けている[注 6][注 7]。
1年生編

私立桜が丘女子高等学校（桜が丘高校）[注 8] に入学した田井中律は一緒に入学した幼なじみの秋山澪とともに軽音部の見学に行こうとするが、部員が前年度末に全員卒業してしまったため、4月中に新入部員が4人集まらなければ廃部になると聞かされる。その後、合唱部の見学に来るつもりが律の勧誘で軽音部に来てしまった琴吹紬は、律と澪の掛け合いを聞いているうちに2人を気に入り、入部に同意する。3人は部の存続のため、あと1人を入部させるべく勧誘活動を開始した。

主人公の平沢唯は何か部活に入ろうとするが何も思いつかず、2週間ものあいだ入部届を書けずに日々を過ごしていた。そんなとき、軽音部の存在を知った唯は「軽い音楽って書くから、簡単なことしかやらない（口笛とか）」と思い入部届を出してしまう。実際にはバンド活動をするなどを知り「自分にはバンドはできない」と入部を取り消してもらうために部室を訪れた唯だったが、3人の演奏を聴いて心を動かされ入部を決意した。

こうして集まった4人は唯の楽器購入を手始めに、練習・合宿・学園祭とゼロからの音楽活動を行っていく。
2年生編

1年次に桜が丘高校の音楽教師・山中さわ子を半ば強制的に顧問に迎えた軽音部は2年生となり、新入生を獲得するため勧誘活動を開始。しかしさわ子発案の奇抜な勧誘活動と普段のだらけぶりが仇となり、新入生の足は遠のくばかりだった。

同校に入学した中野梓は軽音部に興味を抱き、唯たちの新歓ライブの演奏に感動して、軽音部への入部を決めた。しかし、普段の軽音部の雰囲気を知った梓は、真面目な部活動をしたいという真剣な思いとの落差に唖然とし、戸惑ってしまう。最初はそのゆるい雰囲気に反発していたが、唯たち4人と過ごすうちに彼女らの素顔を知り、結束を固めていく。2年目にして「放課後ティータイム」というバンド名をつけた軽音部の学園祭のライブでは、唯が風邪を引いてしまい本番にこられないかもしれないというハプニングを迎えたものの、全員揃って出演することに成功するのだった。
3年生編

生徒会長兼秋山澪ファンクラブ会長・曽我部恵の澪へのストーカー騒ぎがあった3学期後、唯・澪・律・紬は3年生に、梓は2年生に進級した。勧誘活動を開始したものの効果は実らず、新入生は1人も集まらなかった。しかし梓は部内の結束力を実感し、5人は現状維持のまま、緩やかな部活動を継続させていく。

高校生活も残り1年となった唯・澪・律・紬は、卒業後の進路を決めなければならないという岐路に立っていた。澪と紬は大学進学を選ぶが、唯と律は進路を決められずにいた。学園祭ではクラスの出し物の演劇『ロミオとジュリエット』で澪がロミオ、律がジュリエットという普段のキャラと正反対の役を演じることになり四苦八苦しながらも無事に乗り切り、前年までハプニング続きだった学園祭ライブも、さわ子発案のサプライズもあり成功を収めた。

やがて推薦入学を狙っていた澪が「みんなと同じ大学に行きたい」と考えたため、唯、律とともに紬の志望校であるN女子大学への進学を決める。そして軽音部は3年生の卒業、そして梓との別れの時を迎える。
けいおん! college

大学に進んだ唯たちは、同じ学生寮に住みながら大学に通い始めることとなった。寮や入学式で出会った和田晶、林幸、吉田菖の3人とともに軽音部に入部、いずれも高校時代より活動していた「放課後ティータイム」と「恩那組」というバンドとしてライバル関係として競い合うも、高校時代と同様に緩やかな学生生活を過ごすようになる。そして、大学や寮での生活、軽音部での合宿などを経て、大学祭で行われるライブで1年生バンド同士のバンド対決が行われることになる。
けいおん! highschool

3年になり、唯たちが卒業して梓1人が残った軽音部だったが、唯の妹でクラスメイトの平沢憂、同じくクラスメイトの鈴木純が入部する。部員が4人以上いないと廃部になるため、新部長である梓が新歓ライブを行うが、弾き語りができずにライブは失敗してしまう。しかし、紬の命令で部室にあるティーセットを取り戻そうとしてなりゆきで入部することとなった琴吹家に住む斉藤菫、菫と同じクラスでさまざまな部活動に挑戦し、結果的に軽音部に入ることとなった奥田直が加わり、軽音部は存続することとなる。

そして梓と憂がギター、純がベース、菫がドラムス、直はさわ子に見いだされるかたちでDTMによる作曲と作詞を手がけることとなり、さわ子が命名した新生軽音部「わかばガールズ」は学祭ライブに向かっていく。
けいおん! Shuffle