《腹黑妹妹控兄记》讲述了高中一年级的高梨奈绪对她哥哥修辅的复杂情感。奈绪喜欢哥哥，甚至愿意为了他做出各种大胆的举动。然而，修辅虽然内心深处对妹妹有着不纯的动机，却因为道德和伦理的束缚而不得不压抑自己的情感。修辅是个严重的色情狂，房间里堆满了色情书刊和动漫周边，但他对妹妹的感情却始终无法表达。兄妹两人并不知道对方的真实想法，表面上过着平静的日常生活。直到有一天，奈绪发现她和哥哥的相簿里竟然没有一张小时候的合照，这让她开始重新审视两人之间的关系。与此同时，青梅竹马土浦彩叶的出现也让兄妹俩的关系变得更加复杂。故事在幽默与温馨中探讨了亲情与爱情的微妙界限。