電視動漫《我的妹妹不可能這麼可愛》是根據由日本小說家伏見司撰寫、神崎廣負責插畫的輕小說《我的妹妹不可能這麼可愛》電擊文庫所屬的輕小說。官方日文簡稱《俺の妹》或《俺妹》，中文簡稱《我妹》、《我的妹妹》或《俺妹》。單行本累計發行超過500萬部。
全動漫分第一季和第二季。
哥哥高坂京介（17歲）和妹妹高坂桐乃（14歲）兄妹兩人的關係近幾年處於冷戰狀態。從某個時間點開始，桐乃看到哥哥時連打招呼都沒有，只會用像是看到髒東西般的眼神瞪他。京介認為這種關係也會一直持續下去。
某天，京介在門口撿到從來沒看過的魔法少女動畫《星塵☆小魔女梅露露》的DVD盒子，裡面竟然不是動畫的DVD，而是成人遊戲《和妹妹戀愛吧 》的光碟。京介在晚餐時用梅露露的話題試探誰是光碟的物主，但只得到父母充滿偏見的否定意見。
就在那天晚上，連打招呼都不會的妹妹突然來到京介房間，並且說她有事情想要商量。原來桐乃迷上了萌系動畫以及美少女遊戲中的妹系角色，卻都不敢告訴別人，只能一直悶在心裡。被哥哥知道了自己的秘密後，從此開始了和哥哥之間的「人生諮詢」。
在與妹妹交流諮詢中，他們認識了一群可愛的小夥伴（男主後宮），第二部後期，男主開始攻略（妹子投懷送抱？）但最後和妹妹走入了婚姻的殿堂。
具體如何當然不能劇透，在這個暑假，各位紳士、萌新可以看一看這部《俺妹》。相比同是哥哥愛妹妹的某空，這部番 無論是畫質還是情節都是勝過某空。
男主妹妹是一個遠比你想像中還可悲的可愛妹妹，從小時候羨慕、喜歡哥哥，到後來長大後不知道自己喜歡哥哥而以為討厭哥哥，在到最後知道優秀的自己喜歡的人是哥哥，社會倫理給了她當頭一棒，是她變得傲嬌起來。但這種傲嬌或許是貫穿整個動漫的主線。
高坂家的長男，沒有特別的長處與短處的平凡高中生。喜歡吐槽，是個在完美的時機吐槽的男人。原本和妹妹桐乃的關係冷淡到極點，但在發現了她特殊的興趣後被妹妹找去「人生諮詢」，兄妹關係也逐漸向好的方向發展。在妹妹的「冒牌男友騷動」後發覺自己是個「妹控」，並決心要做一個「珍惜妹妹的哥哥」。在3年級的暑假，與妹妹的「裡」朋友五更琉璃一度交往，但是在暑假結束後分手。
高坂家的女兒，外表出眾、成績優秀、運動萬能的少女，而且還兼職流行雜誌的專屬模特。陽光的外表下卻有著特別的興趣，是個在意周圍眼光的御宅族，喜歡妹系的成人遊戲和動梅露露的動畫。原本與哥哥的關係冷淡到極點，在被哥哥偶然發現了興趣後開始找哥哥接受「人生諮詢」。雖然平時對哥哥表現得很厭惡，但實際上是個不折不扣的「兄控」。
網絡社群「宅女集合！」的管理員，身材巨大，戴著圓滾滾的眼鏡，一身標準的御宅族裝扮。有「在下」、「是也」、「XX氏」這樣的口癖。看起來是個怪人，但實際上是個害羞內向千金大小姐，摘下眼鏡是個大美女。重視友情，很會照顧人，在茶會時特地邀請無法融入團體的桐乃和五更參加二次聚會，經常作為桐乃和黑貓間吵架的調和劑。經常動用自己的社會關係幫助京介和桐乃。
五更家的長女，是有著漂亮黑長髮、皮膚白皙的和風美人。但是性格陰沉，外表給人的感覺相當難以接近，是相當毒舌、中二病的電波女孩。不坦率，超容易害羞；不善言辭，但在自己的領域裡卻非常話多；自尊心很強。喜歡穿著哥特蘿莉裝，但在家一般都穿樸素的運動服。擅長遊戲和料理，喜歡Cosplay、動畫、遊戲以及同人創作。
對京介有好感，在高中1年級的暑假向京介表白，兩人成為了戀人。雖然在暑期末段便在實現了自己的願望後痛苦地與京介分手，但與京介、桐乃的感情卻更深了。原本自宅離高坂家不到30分鐘的路程，高中升入京介所讀的學校。雖然由於父親轉職而在暑假後轉學並且搬家，不過是搬到離高坂家更近的松戶市。
桐乃的同學兼好友，烏黑的長髮、苗條的身材的美少女。性格開朗、待人親切，同時又有點小頑固。主觀意識非常強，容易自我做結論。對宅文化有極大的偏見。
非常喜歡桐乃，為了桐乃什麼可怕的事情都能夠做得出來。因為發現了桐乃的宅興趣一度與之絕交，但在京介不惜背負變態之名的幫助下和好。明知是京介故意為之，卻對京介的好意故作姿態，將他看做壞人。經常找京介「人生諮詢」。
桐乃的同學兼好友，雙馬尾、身材嬌小，態度傲慢，典型的自大女生。生活作風大大咧咧，有抽菸的習慣。因酷似梅露露而成為專司cosplay梅露露的模特。對冒牌經紀人的京介很中意。