Au lycée Suimei, le dortoir Sakura-sou a la réputation d'accueillir les élèves les plus turbulents de l'établissement. Aussi, lorsque le relativement ordinaire Sorata Kanda y est transféré, son objectif principal est de quitter cette maison de fous le plus vite possible. Coincé là pour l'instant, il doit apprendre à s'entendre avec ses colocataires : l'énergique animatrice Misaki Kamiigusa, le charmant écrivain dragueur Jin Mitaka, et le toujours reclus Ryuunosuke Akasaka. Entouré de cinglés, Sorata trouve souvent du réconfort dans ses discussions avec sa seule amie « normale », la comédienne de doublage en herbe Nanami Aoyama.
Lorsque Mashiro Shiina, une nouvelle étudiante étrangère, arrive au dortoir, Sorata est immédiatement captivé par sa beauté. Sous son apparence éthérée, Mashiro est une savante autiste – un génie artistique de classe mondiale incapable de gérer les tâches quotidiennes les plus simples. Après que Sorata se retrouve responsable de s'occuper de Mashiro, les deux se rapprochent inévitablement, et son souhait initial de s'échapper du dortoir devient un objectif oublié.
Malgré leurs excentricités, chaque résident est exceptionnel dans son domaine, laissant Sorata aux prises avec son propre manque de talent particulier. Entouré de brilliance, il s'efforce de devenir leur égal. Centré sur les luttes et les joies de ses personnages hauts en couleur, Sakura-sou no Pet na Kanojo est une histoire d'apprentissage réchauffante sur l'amitié, l'amour, l'ambition et le chagrin – vue à travers les yeux d'une personne ordinaire parmi l'extraordinaire.