Valentina (Belinda) y Sebastián (Alfonso Herrera), "Los Camaleones" son manipulados por "El Amo" (Manuel "Flaco" Ibáñez), haciéndolos robar piezas de arte y joyas valiosas valuadas en millones de dólares, ya que si no cumplen con sus demandas, él tiene suficiente poder como para matar a sus únicos seres queridos, que están en la cárcel por culpa de Augusto Ponce de León (Guillermo García Cantú), quién es el padre de Solange (Sherlyn), separado de Francisca Campos (Edith González), mujeriego, y jefe de la policía. Es el encargado del caso "Camaleón", y que tiene que resolver si quiere llegar a un puesto en la política y tener cada vez más poder. Valentina y Sebastián se hacen pasar por prefecta y profesor de Historia del Arte, respectivamente, en el Colegio San Bartolomé, donde Francisca y Augusto son los directores y dueños del mismo; es ahí donde Solange estudia y donde el jardinero Leónidas (Manuel "Flaco" Ibáñez), quien resulta ser un policía incubierto y el padre del gran amor de juventud de Francisca, planea meter a la cárcel a Augusto por sus crímenes y la muerte de su hijo, pues éste lo aventó de un edificio e hizo creer a todos que se había suicidado. Él desarrolla amistad con Valentina, Sebastián, Solange y Ulises (Pee Wee), y desde el sótano de la escuela está planeando una venganza contra Augusto, por pretender ser algo que no es. Irónicamente, todos los personajes principales se hacen pasar por otra persona, de ahí el nombre Camaleones.

Cada episodio independiente aborda problemas familiares y juveniles en un tono familiar y optimista y presenta una canción que inspira la historia del episodio. La historia lleva a la reflexión entre padres e hijos y cómo resolverlos en la vida cotidiana. La canción acompaña y apoya esa historia. La mayoría de los episodios cuentan con un flashmob que destaca la canción presentada