圣诞节，平时工作繁忙的由加里（広末涼子饰）好不容易抽出空和恋人博（玉山铁二饰）约会，来到公园，对方却是一副冷淡的表情，说着“我有喜欢的人了，”向其提出分手。 伤心的由加里第2天以身体不适为由请了一天假，在家中做大扫除，又去剪了头发。
漫画「姐姐的妄想日记」是连载于小学馆「周刊少年SUNDAY」的姐系作品，本次动画的声优和广播剧一样，由小清水亚美饰演“弟控”的姐姐霭子，而弟弟辉则由水岛大宙饰演！霭子的亲友香澄则由明坂聪美献声。 动画收录了原作中的6篇内容以及原创的3话故事。
对于只搜查异常犯罪的明智感兴趣的小林，不顾朋友羽柴的反对，自愿成为其“助手”。在接连发生的奇怪事件当中，小林很快和明智展开了调查。
