お姉さんは女子小学生に興味があります。

28歳の女性高校教師、みのりは、子供好きで面倒見の良い先生として周囲から慕われている。しかし、彼女の本性は重度のロリコンであり、子供たちに向ける愛情は母性愛ではなく、性的な欲望そのものである。この事実が世間に知られると、青少年保護育成条例違反として通報される可能性が高い。そんな彼女のとなりに住む女子小学生の小恋は、みのりの歪（ゆが）んだ愛情を一身に受け、彼女に恋心を抱いてしまう。やがて二人は恋人同士となるが、教師と小学生、大人と子供という関係には当然ながら多くの困難が立ちはだかる。

高校教師という立場上、みのりは自分がロリコンであることを絶対に隠さなければならない。そのため、小恋と恋人関係になったあとも、キスなどの親密な行為は人目を避け、自宅で密かに行うなど細心の注意を払っている。しかし、小恋は性知識に乏しく、屋外や人前でも平然と大胆なアプローチを続ける。無邪気な小恋の積極的な態度に翻弄されるみのりは、理性を保とうと努めながらも、そのたびに小恋から強烈な性的魅力を感じ、次第に心を奪われていく。こうした二人のギャップとスリルに満ちた恋愛模様が、本作の大きな見どころとなっている。

みのりと小恋の恋路には、青少年保護育成法をはじめ、さまざまな障害が立ちはだかる。みのりの同居人である池谷悠は、暴走しがちな彼女に対して厳しいツッコミを入れつつ、大人としての自制心を求める役割を担っている。また、小恋に思いを寄せるクラスメイトの円山陽愛と、みのりに好意を抱く女子高校生の深雪愛花の存在も、それぞれの恋のライバルとして、関係を一層複雑にしていく。そして、二人にとって最大の障害となっているのは、小恋の母親である百合香の存在だ。しかし、それ以上に深刻な問題は、みのりが小学生以下の少女にしか性愛を感じられないという性嗜好（しこう）にある。かつてみのりは愛花を愛していたが、彼女が女子高校生になるとその感情は冷めてしまう。小恋が大人になった時、みのりは小恋を愛し抜くことができるのか。それとも、自身のロリコンとしての性嗜好を貫いてしまうのか。本作のテーマは、この究極の問いに集約されている。