Takumi Tsuzuki adalah seorang siswi SMA yang bersekolah di Akademi Swasta Umenomori secara gratis, bersama Fumino Serizawa, teman masa kecilnya yang selalu berkata sebaliknya. Ia menghabiskan sebagian besar waktunya di sekolah untuk melawan Chise Umenomori, cucu ketua dewan sekaligus putri manja, yang terus-menerus membujuknya untuk melakukan hobi-hobi eksentriknya. Sepulang sekolah, ia bekerja di toko kue “Stray Cats”, sebuah toko kue yang dikelola oleh kakak angkatnya, Otome Tsuzuki, hingga tiba waktunya tidur. Rutinitas sehari-hari dan kehidupan Takumi memang seperti itu.
Mayoi Neko Overrun mengisahkan keseharian Takumi yang tampak biasa-biasa saja. Karena adiknya sedang tidak di toko dan pergi menyelamatkan orang lain yang membutuhkan pertolongan, Fumino berinisiatif membangunkannya agar ia tidak terlambat untuk berjalan-jalan ke sekolah seperti biasa, dan sempat melihat sekilas celana dalam bergaris biru dan putih milik adiknya. Sungguh cara yang menyenangkan untuk memulai hari.
Ketika Otome pulang, ia membawa seorang gadis bernama Nozomi Kiriya, yang rambut dan tingkahnya mirip kucing besar. Ternyata ia adalah gadis pelarian yang membuat Otome tak bisa menahan diri untuk tidak menerimanya. Hari-hari biasa Takumi berubah menjadi kekacauan yang luar biasa saat ia mencoba mengungkap siapa gadis cantik misterius ini dan apa yang ia hindari…
