胜改藏（樱井孝宏 配音）曾经是人人羡慕的天才少年，然而，一场意外让他变为了神神叨叨的呆瓜，某日，就读于县立虎马高中的改藏被一尊人体模型砸晕，醒来时发现自己正被一群科学部的同学们团团围住，敏感的他坚信自己已经成为了改造人，于是决定加入科学部，为了保卫世界而和平而展开战斗。
名取羽美（喜多村英梨 配音）是造成改藏现状的罪魁祸首，然而，羽美对于自己的所作所为毫不在意。爱财如命的御姐彩园铃（丰崎爱生 配音）、懦弱不幸的坪内地丹（斋藤千和 配音）、身患“绝症”的山田（堀江由衣 配音），在这些千奇百怪的朋友们的陪伴下，改藏的非日常就此展开。

锁锁美（阿澄佳奈 配音）是一个标准的宅女，每天都窝在家里不肯出门的她懒得穿衣，懒得洗澡，甚至就连吃饭，也要靠自己那瞧不起的没用哥哥月读神臣（大冢芳忠 配音）帮忙才能得以完成。对于妹妹颐指气使的使唤，神臣非但没有觉得恼怒，甚至十分享受，因为从本质上来说，他是个有着“被奴役”体质的超级妹控。
最近，有件事情让锁锁美十分的不安，通过她亲自发明的“哥哥监视器”，她发现神臣的身边聚集了三个行为可疑的漂亮女孩子——外表萝莉实际上是个御姐的邪神剑（斋藤千和 配音），长相和个性都异常普通，但随时随地都昏昏欲睡的邪神镜（花泽香菜 配音）和外表看起来超成熟但实际上只有9岁的邪神玉（野中蓝 配音）。为什么她们的出现会让锁锁美感到不安呢？在锁锁美一直监视着的哥哥身上究竟隐藏着怎样的秘密？一切都尚在迷雾之中。

平凡的中学生鹿目圆（悠木碧 配音）有一个美满的家庭，在生活中她是个性格温顺又有爱心的好孩子。转学生晓美焰（斋藤千和 配音）的出现打破了小圆平静的生活，这个性格酷酷又体弱多病的黑长直少女似乎对小圆有着什么难言之隐。命运中的相遇出现了，小圆在路边救下了一只浑身是伤的奇怪动物 ，没想到这只动物居然会说人类的语言。它告诉小圆它的名字叫丘比（加藤英美里 配音），并且提出了一个特殊的要求，它希望小圆能够和它签订契约成为魔法少女。
魔法少女是这个世界中一种特殊的存在，她们肩负着和魔女战斗的使命，作为报酬，丘比可以实现她们任意的一个愿望。在战斗的过程中，小圆发现魔法少女这个职业并非故事里所描绘的那么美好，随时有着牺牲的可能。并且，随着战斗的升级，一个关乎于她自己的残酷真相正在逐步的浮出水面。