高梨修辅（豊永利行配音）是一位典型的宅男，沉浸在他庞大的H漫画和美少女手办世界中。然而，在这个世界里，有一个他无法回避的主题——"妹"。作为他的妹妹，高梨奈绪（喜多村英梨配音）竟然对这位糟糕哥哥心生好感，她不惜利用各种时机，有意或无意地诱惑着修辅而此时，青梅竹马土浦彩叶（井上麻里奈配音）突然出现，给兄妹之间的关系蒙上了一层阴影。彩叶是个热情主动的女孩，她的出现让奈绪充满了嫉妒之情，时不时想要爆发。电影《腹黑妹妹控兄记》通过修辅、奈绪和彩叶之间微妙而又复杂的关系，展现了兄妹之间情感的纠葛。修辅的宅男属性和妹妹情节构成了故事的基础，而奈绪和彩叶的竞争与情感交织则为故事增添了戏剧性。