俺の妹がこんなに可愛いわけがない

高坂京介は17歳の高校生で、妹の桐乃とはほとんど口をきかない。二人の関係は時間とともに冷え切り、桐乃は京介を完全に無視している。ある日、京介は家の玄関で魔法少女アニメのDVDケースを見つけ、それをきっかけに思いがけない発見が次々と明らかになる。

桐乃は学校で人気があり、成績優秀で、親友の新垣あやせと一緒にプロのモデルとしても活躍している。しかし、誰も気づいていないが、彼女は実は筋金入りのオタクで、エロゲーやアニメへの熱中を隠している。京介がその秘密を知ってしまうと、桐乃は彼に口止めを約束させ、オタクの世界へと引きずり込み、ゴスロリ趣味の黒猫こと五更瑠璃やオタクの槇島沙織といった仲間たちを紹介する。