Трое верных друзей, занимающихся научной деятельностью, собираются в экспедицию в Японское море. Марк, Костик и Андрей дают друг другу обещание, что до тех пор, пока их диссертации не будут закончены, никто из них не позволит себе романтических отношений с девушками. В процессе подготовки к экспедиции Костик знакомится с внучкой профессора-океанолога Синельникова Зоей и влюбляется в нее. Тогда Марк и Андрей решают разыграть перед влюбленным другом небольшое представление, которое должно продемонстрировать Костику все тяготы и лишения семейной жизни. Музыкальная комедия «Жили три холостяка» снята по мотивам водевиля В. Дыховичного «Свадебное путешествие».