Ketika anak-anak kucing terlantar dan hati nuraninya yang baik memaksa Sorata Kanda tahun kedua untuk pindah ke Sakura Hall, Suimei School yang terkenal, asrama satelit dan penghuninya yang eksentrik, penduduk yang tidak sesuai mengubah hidupnya terbalik. Sorata yang biasa-biasa saja merasa sulit untuk menyesuaikan diri dengan koleksi aneh penghuni asrama seperti Misaki, seorang animator yang bersemangat; Jin, playboy penulis naskah; Ryuunosuke, seorang programmer tertutup; dan Chihiro, manajer asrama, guru seni, dan gadis pesta.
Teman Sorata, Nanami, pelajar tahun kedua dan calon aktris pengisi suara, mendorongnya untuk mencari pemilik baru untuk banyak kucing sehingga ia dapat dengan cepat pindah kembali ke asrama biasa. Namun, keinginannya untuk melarikan diri dari Sakura Hall goyah ketika Mashiro Shiina yang seperti anak kesayangan dan kekanak-kanakan, seorang ahli seni kelas dunia yang ingin menjadi mangaka, pindah selama trimester musim semi dan dengan cepat menempel padanya.
Didukung oleh kebiasaan masing-masing, Sorata dan Mashiro keluar dari cangkang mereka dan memicu perubahan dalam kehidupan orang-orang di sekitar mereka. Berdasarkan seri novel ringan dengan nama yang sama, Sakurasou no Pet na Kanojo mengeksplorasi benang halus yang menghubungkan talenta, kerja keras, romansa, dan persahabatan dengan para pemain ansambelnya.
