Di SMA Suimei, asrama Sakura-sou terkenal sebagai tempat tinggal para berandalan paling terkenal di sekolah. Jadi, ketika Sorata Kanda yang relatif jinak dipindahkan ke asrama, melarikan diri dari rumah sakit jiwa ini menjadi tujuan utamanya. Terjebak di sana untuk sementara waktu, ia harus belajar bagaimana menghadapi sesama penghuninya, termasuk animator periang Misaki Kamiigusa, penulis playboy menawan Jin Mitaka, dan Ryuunosuke Akasaka yang selalu menyendiri. Dikelilingi oleh keanehan, Sorata sering kali menemukan kelegaan dalam interaksinya dengan satu-satunya teman “normal”-nya, calon pengisi suara Nanami Aoyama.
Ketika Mashiro Shiina—seorang siswa pertukaran pelajar baru—bergabung dengan asrama, Sorata langsung terpesona oleh kecantikannya. Di balik penampilannya yang seperti dunia lain, Mashiro adalah seorang autis jenius, yang mampu mencapai kecemerlangan yang terkenal di dunia dalam seninya, tetapi tidak dapat melakukan tugas-tugas harian yang sederhana. Setelah Sorata akhirnya bertanggung jawab untuk mengurus Mashiro, keduanya tak pelak lagi menjadi lebih dekat, dengan keinginan awal Sorata untuk kabur dari asrama menjadi tujuan yang terlupakan.
Terlepas dari keanehan mereka, setiap penghuni luar biasa di bidangnya masing-masing, membuat Sorata harus berjuang dengan kekurangannya sendiri dalam hal keterampilan tertentu. Dengan kecemerlangan di sekelilingnya, ia berusaha untuk menjadi setara dengan bakat mereka. Berkisah tentang kesulitan dan kegembiraan para pemerannya yang penuh warna, Sakura-sou no Pet na Kanojo adalah kisah mengharukan tentang persahabatan, cinta, ambisi, dan patah hati—melalui sudut pandang orang biasa yang dikelilingi oleh hal-hal luar biasa.
