Takumi Tsuzuki es un estudiante de instituto que asiste gratuitamente a la Academia Privada Umenomori junto a Fumino Serizawa, una amiga suya de la infancia que siempre dice lo contrario de lo que siente. Pasa la mayor parte del tiempo en la escuela defendiéndose de Chise Umenomori, la nieta del presidente de la junta y una princesa mimada, que constantemente le hace participar en sus excéntricos pasatiempos. Después de clase, va a trabajar a la confitería "Stray Cats", una pastelería regentada por su hermana mayor adoptiva, Otome Tsuzuki, hasta que llega la hora de irse a la cama. Esta es la rutina media del día y de la vida de Takumi.
Mayoi Neko Overrun! sigue otro día aparentemente normal en la vida de Takumi. Con su hermana fuera de la tienda, que ha ido a salvar a otra persona que necesitaba ayuda, Fumino se encarga de despertarle para que no llegue tarde a su habitual paseo juntos a la escuela, dejándole entrever sus bragas a rayas azules y blancas en el proceso. Qué buena manera de empezar el día.
Cuando Otome vuelve a casa, trae consigo a una chica llamada Nozomi Kiriya, cuyo pelo y modales recuerdan a los de un gato grande. Resulta que es una fugitiva a la que Otome no puede evitar acoger. Los días ordinarios de Takumi se transforman en un espléndido caos mientras intenta desentrañar quién es esta misteriosa belleza y de qué está huyendo...
