《四叠半神话大系》以第一人称展开故事。主人公“我”（浅沼晋太郎 配音）是京都大学三年级学生，入学之初曾憧憬一段玫瑰色、丰富多彩的大学生活，梦想结识一位拥有飘逸黑色长发的漂亮女友。然而现实并不如愿，他经历了失败的恋爱，身边也几乎没有朋友。唯一与他来往密切的是小津（吉野裕行 配音），一个长相仿佛妖怪、以捉弄情侣为乐的家伙。“我”虽然总是嫌弃小津，却始终无法真正离开他。
后来，“我”认识了性格冷淡的黑发师妹明石（坂本真绫 配音）。回顾自己在大学里度过的两年，他认为一切失败或许都源于当初选择了网球部。于是，他开始设想：如果入学时选择了其他社团，自己是否就能拥有截然不同的大学生活？
故事由此从平行时空的视角展开，让主人公重新回到大一入学之初，尝试加入不同的社团。随着每一次选择改变，他也经历了一段段风格迥异的青春故事。
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