《玩伴猫耳娘》讲述了性格略显懦弱却十分善良的少年嘉和骑央（田村睦心 配音），意外遇见猫耳猫尾少女爱丽丝（伊藤加奈惠 配音）的故事。爱丽丝自称来自外星，此次来到地球，是为了与日本政府建立联系。然而，天真可爱又有些迷糊的她，并没有把太多心思放在正事上，反而整日沉浸于游玩之中。
就在这时，一支神秘的邪恶组织突然对爱丽丝展开袭击。面对危险，骑央义无反顾地承担起保护她的责任。尽管爱丽丝拥有强大的战斗能力，还有机械猫保护在身边，但在青梅竹马金武城真奈美（户松遥 配音）和同班同学双叶葵（花泽香菜 配音）的协助下，骑央仍一次次将她从危机中救出。袭击爱丽丝的神秘势力究竟是谁？他们为何要对这样一名纯真的少女穷追不舍？隐藏在事件背后的真相，等待着骑央亲自揭开。
