Kyosuke Kosaka, un estudiante de instituto normal y corriente de 17 años que vive en Chiba, no se ha llevado bien con su hermana pequeña Kirino en años. Por más que intente recordar, Kirino siempre lo ha ignorado y mirado con rechazo. Parecía que la relación entre Kyosuke y su hermana, de 14 años, continuaría así para siempre. Sin embargo, un día, Kyosuke encuentra una carátula de DVD de un anime de magical girls llamado Hoshikuzu Witch Meruru Stardust Witch Meruru) el cual estaba tirado en la entrada de su casa. Para la sorpresa de Kyosuke, dentro de la carátula había escondido un videojuego para adultos llamado Imoto to Koishiyo!. Kyosuke intenta averiguar quién es el culpable al que se le cayó el DVD sacando el tema de las magical girls durante la cena. Todo lo que consigue es una fuerte negativa de sus padres, especialmente de su padre, un policía anti-otaku.

Esa noche, Kirino entra en la habitación de Kyosuke y, a pesar de ser la primera conversación que tienen en años, dice que “tienen cosas de las que hablar”. Kirino lleva a Kyōsuke a su habitación y le enseña una gran colección de anime y de juegos eroge que ha estado coleccionando en secreto.