La serie se desarrolla en el fondo del océano Pacífico, en la ciudad submarina de Fondo de Bikini (Bikini Bottom, en inglés), donde vive una esponja de mar rectangular y de color amarillo, llamada Bob Esponja.

La casa de Bob es una piña, donde vive con su mascota, el caracol Gary. Bob Esponja adora su trabajo como cocinero en el restaurante El Crustáceo Cascarudo o Crustáceo Crujiente (en inglés, Krusty Krab) y posee la habilidad de meterse en todo tipo de problemas sin quererlo.

Cuando no está poniéndole los nervios de punta a Calamardo, su vecino calamar, Bob se mete en un montón de líos y experiencias raras junto a sus dos mejores amigos: el simpático pero un poco simple Patricio, una estrella de mar rosada y obesa; y Arenita, una ardilla inteligente, fuerte pero un poco presumida, que vive en el fondo marino en su casa, una cúpula de poliuretano submarina. Arenita sale de la cúpula con un traje de buzo para poder respirar bajo el agua.