电影少女讲述的是东京私立贵大高等学校高一年级的中学生弄内洋太追求早川燃美，正当他准备告白时，却发现燃美喜欢的是他的好友同班同学新舞贵志，于是他陷入无奈与失落。一个人走在回到家的路上，洋太的情绪十分低落，自己也不知道怎么就走到了一家名叫
GOKURAU的出租录影带的商店前。洋太走过一排排录影带架后，在一盒录影带前停了下来：《安慰——天野爱子》。爱子，16岁，性格温柔开朗……，就借这个吧。神秘的店主不仅没收任何费用，还发给洋太一张联系卡，然后就消失了……
心的距离
暗恋着同班同学阿萌的弄内洋太，终于鼓起勇气血她示爱了，却在阴差阳错的情况下得知阿萌喜欢的竟是自己的好友贵志。这时，一个神秘的电影少女，阿爱竟从录像带中走出来，出现在大受打击的洋太面前！自此，洋太便开始了紧张又温馨的新生活……
再生
接到新任务的阿爱终于能回到洋太身边，但她始终压仰不了自己的感情，在对洋太表白了爱意之后，被制作者强行收回。虽然洋太对阿爱仍念念不忘，但也只能继续生活。此时，一直倾慕洋太的学妹，仁崎伸子在他面前出现了，而失忆的阿爱又再次回来……
横刀夺爱
洋太和阿爱的关系纠缠不清，加上一次又一次的误会，令伸子的心开始动摇。机缘巧合之下，阿爱得知自己是电影少女的事实，更遭到由制造者派来的另一位电影少女．舞的袭击，令她再次寄住洋太家里。亳不知情的伸子，以为洋太己移情别恋……
疑惑
几经辛苦，洋太终于赶回东京了，却见不到伸子的?影……。
自暴自弃的洋太，在街上与流氓纠缠起来，幸得一位神秘少女相救，原来这个女孩是……。
这时，舞再度在阿爱面前出现，并对她送上最后一击……！
决意
发生在阿萌身上的事，破坏了洋太、阿萌和贵志之间的关系，更令洋太决心要对阿萌表白。因为一次误会，令一直犹豫不决的阿萌决定接受洋太，二人随即开始交往。可是，好不客易才对洋太死心的阿爱，竟突然恢复了所有记忆…
界限
在协助洋太完成画图画书的心愿后，眼见洋太和阿萌发展顺利的阿爱毅然决定离开洋太家，却惊闻自己的再生时间已所剩无多……另一方面，洋太竟在无意中得知让阿爱成为人类的条件！而阿萌又在这时下定决心要把自己的身体献给洋太……
别离
夏美的去世，令阿爱再次主动接触洋太，希望在再生终结之前能和他制造更多美好回忆。另一方面，洋太听从夏美「要坦率面对自己的感情」的请求，竟作出要和阿萌分手的决定，却不知道她快要离开日本......
各人的记忆
随着阿爱再生终结的日子逐渐迫近，洋太终于清楚明白到她才是自己所爱的人。可是，心知自己已无法成为人类的阿爱，却成全洋太和阿萌而让他服下消除一切记的药......洋太和阿爱最后能走在一起吗？
恋爱
受过去失恋的挫拆困扰的田口广梦再度陷入恋爱了，但昔日的伤口却仍未愈合。正当他感到绝望的时候，乐观开朗的电影少女．桃乃恋在他眼前出现了。处处鼓励广梦的阿恋，令他对爱情有了新的体验……