น้องสาวของผมไม่น่ารักขนาดนั้นหรอก เรื่องราวเกี่ยวกับสองพี่น้องโคซากะ คนพี่คือ โคซากะ เคียวสุเกะ และน้องสาว โคซากะ คิริโนะ ถึงแม้ว่าจะเป็นพี่น้องกันแต่ความสัมพันธ์ก็ไม่ลงรอยกันเท่าไรนัก แต่เหตุการณ์มันก็พลิกผันเมื่อความลับที่คิริโนะปิดมาแสนนาน จนวันหนึ่งเคียวสุเกะ เจอดีวีดีของคิริโนะตกอยู่หน้าบ้าน ซึ่งดีวีดีนั้นเป็นแนวอนิเมะสาวสวยทั้งหมดหลังจากนั้นคิริโนะก็มาสารภาพกับพี่ชายว่า เธอเป็นโอตาคุที่ชอบอนิเมะและเกมแนวนี้มากๆ ซึ่งก็ทำให้เกิดเหตุการณ์อีกหลายอย่าง และทำให้สองพี่น้องที่ไม่ค่อยจะลงรอยกัน กลับมาสนิทกันเป็นพี่น้องที่กลมเกลียว