꿈과 희망이 모이는 가상 공간, ＜츠쿠요미＞. 소녀들의 만남, 그리고 이별을 위한 무대가 지금 막을 연다——. 지금보다 아주 약간 먼 미래. 도쿄에 사는 열일곱 살 여고생 사카요리 이로하는, 아르바이트와 학업을 병행하며 눈코 뜰 새 없이 바쁜 나날을 보낸다. 그런 이로하의 힐링 방법은 온라인 가상 공간 ＜츠쿠요미＞의 관리인이자, 인기 라이버스트리머 루나미 야치요의 방송을 보는 것. 자기의 분신을 만들어 자유롭게 창작 활동을 하는 ＜츠쿠요미＞. 이로하는 이곳을 자주 드나들며 야치요 덕질 활동을 하고, 배틀 게임을 통해 약간의 추가 수입도 올린다. 그러던 어느 날, 집으로 돌아가던 이로하는 무지갯빛으로 빛나는 게이밍 전봇대를 발견한다. 그리고 놀랍게도, 그 안에는 귀여운 아기가 있었다. 그대로 두고 올 수 없어 아기를 집으로 데려온 이로하. 아기는 쑥쑥 자라 어느새 이로하 또래의 소녀가 된다. 「너, 설마 가구야 공주니?」 다 자란 가구야 공주는 제멋대로 군다. 가구야의 부탁으로 이로하는, 츠쿠요미에서의 라이버 활동을 돕기로. 이로하가 프로듀서로서 음악을 만들고, 가구야가 라이버로서 노래하는 것으로, 두 사람은 조금씩 마음을 터놓게 된다. 가구야를 달로 데려오려는 불길한 그림자가, 바로 앞까지 다가오고 있는 줄도 모르고—— 지금껏 아무도 본 적 없는 색다른《가구야 공주 이야기》가 온다.