俺の妹がこんなに可愛いわけがない

ごく普通な男子高校生・高坂京介は、数年前からスポーツ万能、学業優秀な妹・桐乃とはろくに挨拶もかわさないという冷え切った関係になっていた。ある日、京介は萌えアニメのDVDケースが玄関に落ちているのを発見する。興味に駆られた京介が持ち主を探すと、それは意外な人物のものだった…

クリアを命じられたゲームを進めていないことを問い詰められた京介は、桐乃にはオタク趣味を隠すことなく話せる友人が必要だと考える。幼なじみの麻奈実からのアドバイスで、SNSのオタク系コミュニティに登録し、コミュニティの管理人から誘われたオフ会に参加する桐乃だが…

オフ会で｢黒猫｣と｢沙織・バジーナ｣という初めてのオタク友達をみつけた桐乃。思う存分、オタク趣味を語りあい、充実した日々を過ごす。そんな桐乃の様子を見た京介は安心する｢人生相談｣も終わり、元の日常にもどるかと思われた、ある日。京介が帰宅するとただならぬ気配が…。

ある日、高坂家に桐乃の表の友人、新垣あやせと来栖加奈子が遊びにやってくる。桐乃から友人たちとは顔を合わせるなとキツく言われる京介。そこに宅配便が届くが、高級化粧品の外箱に惑わされた桐乃は京介から荷物を奪い取る。実は荷物は沙織・バジーナからのもので、表の友人には決して見られてはならないものだった。

楽しかった夏コミの帰り道。そこで偶然であったのは、親友・新垣あやせだった。黒猫と沙織・バジーナの機転にも関わらず、動揺のあまり桐乃は、あらぬことを口走ってしまう。その場を立ち去ろうとする桐乃と京介だが、あやせは追いすがる。押し問答となるうちに同人誌を詰め込んだ紙袋が破れあたりに散乱してしまう。

友人の赤城から麻奈実との関係について問われる京介。恋愛関係ではないが、他人に取られるのはイヤだと答える京介に、呆れる赤城。そんなおり麻奈実の実家の和菓子屋でフェアを開催することになり、新しい菓子の試食することになった京介。自分の家より居心地の良い麻奈実の実家で心やすらぐ時間を過ごす。

ある日、帰宅した京介は、なぜかリビングで一人たたずむ黒猫に驚く。｢星くず☆うぃっちメルル｣を鑑賞するために高坂家にやって来たのだが、桐乃と黒猫、それぞれの創作物に関することでけんかになってしまったのだ。仲裁のためそれぞれの言い分を聞いてみる京介だったが……。

作家デビューした桐乃。読者からの反応も上々だったが、担当編集者からさらにうれしい報告をされる。彼女が書いた小説がアニメ化されることになったのだ。アニメスタッフとの最初の打ち合わせに黒猫と沙織をともなって参加する桐乃。しかし、打ち合わせは思わぬ方向に進んでしまう。

ここ数日、妙にそわそわとしている桐乃。その原因は、注文した妹ゲームが届かないことだった。ようやく届いたゲームにテンションMAX状態になる桐乃。一方、そのころ黒猫は自宅で妹の世話をしていた……。 桐乃、京介、黒猫、沙織、あやせ達のある一日を描く。

ある日突然、京介はあやせから呼び出される。桐乃にプレゼントをしたいが、何が一番喜ぶか教えてほしいというのだ。リサーチのため、黒猫、沙織と秋葉原を探しまわる京介。なかなか見つからないが、ついに黒猫が最高のプレゼントに相応しいものを見つける。それは……。

母親から買い物を頼まれた京介は、スーパーで麻奈実と出会う。そしてその場の話の流れから、久しぶりに麻奈実が高坂家に遊びに来ることに。だが当日、麻奈実がやって来たことを知って、桐乃が機嫌を悪くする。そして、桐乃は突然、ある行動に出るのだった……。

先日の一件以来、桐乃との関係が良くなったことに落ち着かない京介。あやせや沙織、麻奈実に問いかけるが、その答えに納得できないでいた。そんなある日、桐乃から｢最後の人生相談｣を持ちかけられる。