Het seizoen draait om Veronica Mars, een middelbare scholier en privédetective in het fictieve kustplaatsje Neptune in Zuid-Californië. Wanneer Veronica's beste vriendin, Lilly Kane, wordt vermoord, stort haar leven in elkaar. Haar vader, sheriff Keith Mars, beschuldigt Lilly's vader van betrokkenheid bij de moord. Dit wekt de woede van Neptune op en leidt tot Keiths afzetting als sheriff na een herroepingsverkiezing. Veronica's moeder, Lianne, krijgt een drankprobleem en verlaat de stad. Veronica's "09er"-vrienden – rijke studenten uit de fictieve postcode 90909 – dwingen haar te kiezen tussen hen en haar vader; ze kiest voor haar vader. Keith opent een privédetectivebureau, Mars Investigations, waar Veronica parttime werkt.

Het seizoen begint met de introductie van twee nieuwe zaken: wanneer een schoolbus vol leerlingen van Neptune High van een klif stort en bijna iedereen aan boord omkomt, maakt Veronica Mars er haar missie van om te ontdekken waarom de bus is gecrasht. Logan Echolls wordt beschuldigd van de moord op een lid van de Pacific Coast Highway-motorbende nadat hij in beschonken toestand ruzie zocht met Eli "Weevil" Navarro en de PCHers.

Het seizoen vervolgt het verhaal van Veronica Mars, die nu als eerstejaarsstudent aan Hearst College studeert en daarnaast in haar vrije tijd als privédetective werkt onder de hoede van haar vader, die rechercheur is.

Mysterie. Feesten. Schandalen. Corruptie. Seizoen 4 wordt het meest explosieve tot nu toe. Studenten die hun voorjaarsvakantie vieren, worden vermoord in Neptune. Nadat Mars Investigations door de familie van een van de slachtoffers wordt ingehuurd om de moordenaar van hun zoon te vinden, raakt Veronica betrokken bij een episch mysterie dat de rijke elite van de enclave, die liever een einde maakt aan het maandlange feestgedruis, lijnrecht tegenover de arbeidersklasse plaatst. Deze arbeidersklasse is afhankelijk van de geldstroom die gepaard gaat met het feit dat Neptune de tegenhanger van Daytona Beach aan de westkust is.