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2010年10月TOKYO MXにて放送。全12話。原作は、伏見つかさのライトノベルシリーズ。第12話は途中からの内容が異なる2通りの版が制作され15話が最終話。
波乱のない普通の男子高校生・高坂京介は、数年前から中学生の妹・高坂桐乃からまるで汚物を見るかのように蔑んだ視線を送られるだけの冷え切った関係になっていた。京介自身もまた非凡な才能に溢れる生意気な妹を嫌っていた。
ところがある日、京介は家の玄関で、魔法少女アニメ『星くず☆うぃっちメルル』のDVDケースが落ちているのを発見する。しかも、中身はアダルトゲーム『妹と恋しよっ♪』が入っていた。その持ち主は最もありそうにないと思えた妹の桐乃であった。
秘密を知られた桐乃は「人生相談がある」と言いながら京介の部屋に押しかけ、萌えアニメや「妹萌え」の美少女ゲームが好きで堪らないが誰にもそのことを打ち明けられず困っていたとカミングアウトされてしまう。京介は内心ドン引きしつつも、適当にあしらうつもりで、彼女の趣味に理解を示すそぶりを装い、秘密は守るし困ったことがあればできる範囲で協力するという空約束をする。そして厄介ごとを他人に押し付けるためにも、インターネットのSNSへの入会を勧め、妹の趣味に理解を示してくれるような「裏」の友人探しを手伝うことにする。
しかし京介は次第に桐乃の趣味にかける真剣さや、痛々しいまでの情熱を知るようになり、少しずつ己の考えを改めるようになる。京介自身も、SNSのオフ会を通じて「裏」の友人となった黒猫や沙織・バジーナたちとの交友関係や、妹が持ち込んだ大小さまざまな事件、ゲーム研究会への入部といった出来事を通して、今まで幼馴染である田村麻奈実との居心地のいい関係に甘んじていた自分を取り巻く環境の変化を実感していく。
第1話 俺が妹と恋をするわけがない
【MEGA】［1-1］
【6.cn】［1-1］
【B9】［1-1］
第2話 俺が妹とオフ会に行くわけがない
【MEGA】［1-1］
【6.cn】［1-1］
【B9】［1-1］
第3話 俺の妹がこんなに可愛いわけがない
【Daily】［1-2］［2-2］
【MEGA】［1-1］
【6.cn】［1-1］
【B9】［1-1］
第4話 俺の妹が夏コミとか行くわけがない
【MEGA】［1-1］
【6.cn】［1-1］
【B9】［1-1］
第5話 俺の妹の親友がこんなに××なわけがない
【MEGA】［1-1］
【6.cn】［1-1］
【B9】［1-1］
第6話 俺の幼馴染がこんなに可愛いわけがない
【MEGA】［1-1］
【6.cn】［1-1］
【B9】［1-1］
第7話 俺の妹がこんなに小説家なわけがない
【MEGA】［1-1］
【6.cn】［1-1］
【B9】［1-1］
第8話 俺の妹がこんなにアニメ化なわけがない
【MEGA】［1-1］
【6.cn】［1-1］
【B9】［1-1］
第9話 俺の妹がこんなにエロゲー三昧なわけがない
【MEGA】［1-1］
【6.cn】［1-1］
【B9】［1-1］
第10話 俺の妹がこんなにコスプレなわけがない
【MEGA】［1-1］
【6.cn】［1-1］
【B9】［1-1］
第11話 俺の妹がこんなにメイドなわけがない
【MEGA】［1-1］
【6.cn】［1-1］
【B9】［1-1］
第12話 俺の妹の人生相談がこれで終わるわけがない GOOD END (終)
【MEGA】［1-1］
【6.cn】［1-1］
【B9】［1-1］
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キャラクターコメンタリー
【You】［1-2］［2-2］
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第12話 俺の妹の人生相談がこれで終わるわけがない TRUE ROUTE
【SayMove】［1-1］
【MEGA】［1-1］
【6.cn】［1-1］
【B9】［1-1］