Masamune Izumi est un auteur de light novels. Il travaille en commun avec un mystérieux illustrateur qui se fait appeler « Eromanga Sensei ». En parallèle, Masamune vit seul dans un petit appartement avec sa jeune sœur, Sagiri, une Hikikomori. En effet, celle-ci ne sort jamais de sa chambre et exige de se faire nourrir par son frère. Ne supportant plus cette situation, Masamune oblige un jour Sagiri à quitter son refuge.

Il fait alors une découverte qui va bouleverser sa vie : le fameux Eromanga Sensei n’est autre que sa sœur.

Amate Yuzuriha est une lycéenne qui coule des jours paisibles sur une colonie spatiale jusqu'au jour où elle rencontre Nyaan, une réfugiée de guerre qui l'entraîne dans la Bataille de clans, un sport illégal où s'affrontent des Mobile Suits. Sous l'alias "Machu" et aux commandes du GQuuuuuuX, Amate s'élance dans un nouveau quotidien fait de combats acharnés.