Kyousuke Kousaka, przeciętny licealista, nie potrafi znaleźć wspólnego języka ze swoją młodszą siostrą Kirino. Dziewczyna jest w szkole niezwykle popularna, odnosi sukcesy jako modelka i wydaje się całkowicie niedostępna dla brata. Pewnego dnia Kyousuke przypadkowo odkrywa sekret Kirino – siostra jest zagorzałą fanką anime i produktów związanych z gatunkiem „little sister moe”. Zaskoczony Kyousuke zgadza się ukrywać ten sekret przed rodzicami i znajomymi, jednocześnie pomagając Kirino pogodzić pasję ze szkolnym oraz towarzyskim życiem.
„Ore no Imouto ga Konnani Kawaii Wake ga Nai” to pełna humoru i lekkiej ironii opowieść w stylu slice-of-life, która bada złożone relacje między rodzeństwem, wyzwania stojące przed fanami anime i problem społecznej akceptacji hobby, które niekoniecznie pasuje do wizerunku popularnej nastolatki.
