Dès son plus jeune âge, Chihiro Furuya est hanté par les zombies, rêvant ardemment de trouver une partenaire immortelle. Cette obsession devient concrète lorsque son chat, Baabu, est percuté par une voiture, incitant Chihiro à synthétiser un élixir de résurrection pour tenter de ramener son animal à la vie. Durant ses expériences, il fait la rencontre de Rea Sanka, une jeune fille aisée qui se soulage de l'oppression familiale en hurlant dans un puits abandonné. Une fois l'amitié nouée, Rea encourage Chihiro à persévérer dans ses recherches, et celui-ci parvient enfin à obtenir un résultat en utilisant des hortensias vénéneux issus du jardin de sa propre famille.
Ignorant que la potion est efficace, Rea la boit dans l'espoir de mettre fin à ses souffrances, convaincue qu'elle sera mortelle. Pourtant, la magie du breuvage interagit avec un accident fatal, provoquant sa résurrection sous forme de zombie. Avec l'aide de Chihiro, elle tente d'apprendre à vivre avec cette nouvelle condition. Bien que cela puisse sembler idéal pour un garçon à la recherche d'une petite amie zombie, la vie à Sankarea prend une tournure de plus en plus étrange, obligeant Chihiro à gérer les appétits inhabituels de Rea ainsi que les conséquences imprévues de sa transformation.