Keitarō Urashima est un jeune homme de 20 ans qui essaie tant bien que mal d'intégrer la prestigieuse Tōdai, afin de tenir la promesse qu'il a faite à une fille quinze ans plus tôt. Il caresse l'idée de la revoir là-bas ; il a échoué deux fois au concours d'entrée, il ne se souvient plus du prénom de la jeune fille et sait encore moins à quoi elle ressemble !

Mis à la porte par ses parents, Keitarō espère pouvoir être hébergé par sa grand-mère qui possède une auberge traditionnelle : l'Hôtel Hinata. À son arrivée cependant, il ne trouve personne et pense pouvoir prendre un peu de bon temps dans le rotenburo. Il sera malheureusement pris pour un voyeur car depuis son enfance, l'hôtel est devenu une pension pour jeunes filles. Tiré cependant du mauvais pas par sa tante, il commence alors une nouvelle vie comme gérant de la pension...

Deux groupes de chanteuses, les deux générations des Love Dol, font un concert qui remporte un vif succès. Ensuite, elles annoncent l'arrivée d'un troisième groupe, mais la reportent. Cette décision est due à la présidente de la boite de production qui dit au manager des nouvelles chanteuses qu'il manque quelque chose au nouveau groupe. Le manager est surpris puis frustré, mais encourage quand même les chanteuses. Sa sœur s'est rendue compte du comportement de son frère et essaie de l'aider en venant parler à la présidente. Elle intègre le nouveau groupe. Puis, un soir, le manager rencontre par hasard une fille avec un grand talent musical et aimerait l'intégrer au troisième groupe. Après bien des refus, elle cède. Ainsi, le nouveau groupe fera face aux difficultés du métier avant de monter sur scène.

Le Sergent Keroro est le chef d'une section de force spéciale de cinq aliens (ressemblant à des grenouilles) et provenant de la 58^e planète du système nuageux et pluvieux Gamma. Cette équipe a pour mission ultra-secrète d'infiltrer la planète Terre et de ramener avec elle des informations afin de l'envahir. Rapidement, le caractère loufoque de chaque personnage fait échouer la mission et l'équipe est démasquée par les humains, démantelée et capturée.

Le sergent Keroro est capturé par une famille terrienne qui le considère dès lors comme son animal domestique, ce qui contrarie fortement ses plans... Ayant tous été capturés par des familles différentes, ils tenteront ensuite de se retrouver et, quoique toujours maladroitement, d'accomplir leur mission.

La série (autant le manga que l'anime) met l'accent sur l'auto-destruction dont fait preuve cette armée d'envahisseurs, hauts comme trois pommes et qui plus est en forme de grenouille, dans ses tentatives de conquérir et de vendre de la marchandise futile aux citoyens japonais. Son chef, le Sergent Keroro, est facilement distrait et préfère passer son temps à créer des figurines Gundam en plastique et à surfer sur internet plutôt que de détruire la Terre, au grand dam du belliqueux Caporal Giroro. En plus de la paresse légendaire de Keroro, ce qui entrave le plus le succès de la mission est la famille Hinata, un trio d'humains qui, bien qu'inoffensif, fait constamment des demandes ridicules à Keroro et se joue de lui (en particulier leur fille Natsumi

Le lycée Seika, récemment devenu mixte, compte seulement 20% de filles. Il est tristement célèbre pour la sauvagerie de ses élèves de sexe masculin et la peur que ces derniers inspirent aux filles. Ayuzawa Misaki, la présidente des élèves du lycée Seika, est très stricte, crainte de tous les garçons et admirée par les filles. Derrière ce dur visage, elle cache des problèmes familiaux (son père a fui le foyer) qui la contraignent, parallèlement à ses études, à contribuer financièrement aux besoins de la famille en travaillant secrètement dans un café nommé le Maid Latte où elle doit porter un uniforme de soubrette et dire "Maître" aux clients de sexe masculin... chose qui entre bien sûr en contradiction avec ses idéaux égalitaires. Tout s'accélère quand Usui Takumi, lycéen le plus populaire du lycée et notoirement indifférent aux déclarations d'amour incessantes qu'il reçoit, découvre le secret de Misaki en la croisant habillée en servante.