В недалёком будущем человечество сталкивается с неминуемой угрозой от загадочных инопланетных существ. Весь мир погружается в войну с этими существами, против которых обычное оружие бесполезно. И тогда ученые разрабатывают новый прототип оружия, которое сочетает в себе науку и магию. Для достижения наибольшего эффекта его должны использовать девушки-подростки, именуемые «Лилии». Они обучаются в специальных военных академиях, которые также служат базами для защиты людей. Эта история о девушках, которые стремятся стать «Лилиями», чтобы защитить весь мир.

В детстве Мира Конохата познакомилась с мальчиком Ао, который поведал ей о том, что в небе есть звезда с её именем. А вот звезды с именем Ао не существует. Тогда они пообещали друг другу, что будут вместе изучать космос, чтобы открыть новую звезду и назвать её в честь Ао, и расстались.Несколько лет спустя старшеклассница Мира решает вступить в клуб астрономии, чтобы выполнить данное ею обещание. Однако всё идёт не по плану. Оказывается, что клуб астрономии объединяется с клубом геологии, чтобы вместе образовать клуб естественных наук. Как говорится, не было бы счастья, да несчастье помогло. Именно в этом новом клубе Мира встречает давно потерянного друга Ао Манаку. Загвоздка лишь в том, что Ао на самом деле — девочка.

Кадзуя Киносита — обычный студент университета, который ведёт скромный образ жизни и уже месяц встречается с девушкой… Но счастье длится недолго, и подруга сообщает парню, что бросает его ради другого. Чувствуя себя ниже плинтуса, Кадзуя, чтобы взбодриться, решает воспользоваться приложением, с помощью которого нанимает Тидзуру Итиносэ в качестве «девушки на час». Встретившись на «свидании», Киносита видит в ней красавицу без изъянов. Однако первое впечатление бывает ошибочным...

В полнометражной версии аниме, хотя и в изменённой форме продублированы события сериала. В этот раз, однако, повествование будет вестись от лица главной чудачки, обладательницы могущественной силы «Злого глаза» — Рикки Таканаси. Мы узнаем немного больше о повседневной жизни нашей псевдоволшебницы, будем с умилением смотреть на её очередные «заскоки» и выходки, а также чуточку лучше разберёмся в её отношениях с Ютой Тогаси.Сюжетная линия длится чуть дольше, чем у сериала, и фильм является плавным переходом к началу событий второго сезона.

Начался новый учебный год, и участницы клуба школьных идолов частной старшей школы для девочек «Юкигаока» решили завербовать себе новых членов. Однако из-за большого успеха, которого добилась «Liella!» — группа, которую создали участницы клуба — никто не захотел к ним присоединиться, чтобы не быть обузой. Тем не менее, пусть и впятером, но девушки всё равно твёрдо намерены исполнить свою мечту и попасть на «Love Live!» — главнейшую сцену школьных идолов!