Kanojo 3D conta a história de Hikari Tsutsui, um garoto do ensino médio que está satisfeito com as meninas virtuais que ele encontra em animes e jogos. Ele não tem muitos amigos e vive em seu próprio ...
Tsutsui e Iroha são obrigados a limpar a piscina juntos como punição por chegarem atrasados. Mas isso é o começo de algo mais?
Tsutsui descobre que relacionamentos da vida real não são muito fáceis no momento que a relação dele com a Iroha começa a florescer.
Tsutsui lida com os sentimentos crescendo por uma garota do mundo real e recebe ajuda de fontes inesperadas.
Tsutsui recebe uma carta misteriosa para encontrar alguém no ginásio. Poderia isso ser algum tipo de confissão ou seria alguma armadilha?
Tsutsui luta para ouvir seus sentimentos pela Iroha enquanto precisa lidar com as consequências da carta misteriosa.
Depois de uma discussão com Iroha e Itou, Tsutsui tenta descobrir como pedir desculpa.
Iroha e Tsutsui tentam lidar com seus sentimentos e os ciúmes do relacionamento por causa da chegada de uma nova pessoa em seu grupo de amigos.
Grandes emoções no final de semana enquanto o grupo está acampando causam conflitos em todos os lugares.
Tsutsui e sua garota 3d tentam lidar com as consequências do que houve no acampamento. Como isso irá terminar?
Tsutsui finalmente enfrenta as suas fraquezas diante da confissão da Ayado e as consequências que isso traz para o seu relacionamento.
Apesar das intenções honestas de Tsutsui, ele termina causando problemas quando sugere que Ito convide Ayado para ver um filme.
Tsutsui tenta provar o que seu relacionamento com a Iroha significa depois que o irmão dela chega em casa inesperadamente.
