Tomo Aizawa e Junichirou "Jun" Kubota são os irmãos mais rígidos que você já viu. Eles brigam e lutam, mas nos bons e maus momentos, eles protegem um ao outro. No entanto, há apenas um pequeno problema: Tomo está apaixonado por Jun! Desde jovem, a moleca Tomo é apenas mais um dos caras; devido à sua natureza extremamente musculosa, Jun não percebe nenhum de seus avanços - nem mesmo quando ela confessa explicitamente. Para adicionar insulto à injúria, por muito tempo, ele nem percebeu que ela era uma menina. Tomo-chan wa Onnanoko! segue os hijinks cômicos de Tomo e seus amigos enquanto ela tenta chamar a atenção de Jun e escapar do infame brozone.