主人公の高坂京介は平凡な人生を送る高校生だ。
スポーツが得意で雑誌モデルをしている中学生の妹・桐乃とは仲が良かったが、今は仲が悪い。
ある日、京介は入り口で魔法少女アニメ「星くず☆うぃっちメルル」のDVDケースを見つける。
アダルトゲーム「妹と恋しよっ♪」 持ち主が桐乃であることを確信した京介は、DVDケースとその中身をを桐乃に返してやる。
ある夜、桐乃は「人生相談がある」と、萌えアニメや美少女ゲームが大好きだと言っててくる。
京介は妹の趣味に理解を示し、何か問題があればできる限り協力すると約束する。
その後、彼は彼女にオンラインソーシャルネットワークに参加するよう勧め、彼女の趣味を理解している「裏」友達を見つけるのを手伝っている。
SNSのオフ会で知り合った黒猫や沙織・バジーナとの交流を通じて、桐乃の趣味への真剣さや情熱を知り、次第に考えを変える。
自身も夏コミに随行し、桐乃の携帯小説が出版された後、幼なじみの田村真奈美との間で満足していた環境の変化に気付く。
やがて、桐乃がアメリカでスポーツ留学をしたり、京介がゲーム研究会に参加したりして、黒猫との関係はロマンスに発展していった。
一方、留学中に成績が上がらないことを憂いた桐乃を帰国させた際には、京介に対する桐乃の本音が描かれていく。
