Kanojo mo Kanojo es un anime de comedia romántica que sigue la historia de Naoya Mukai, un estudiante de secundaria que ha estado saliendo con su amiga de la infancia, Saki Saki, durante seis años. Un día, mientras Naoya está en el parque con Saki, conoce a otra chica llamada Nagisa Minase, quien se enamora de él a primera vista y le pide que salga con ella.

A pesar de estar en una relación con Saki, Naoya se siente atraído por Nagisa y decide aceptar su confesión. Pero en lugar de terminar las cosas con Saki, Naoya decide tener dos novias al mismo tiempo y trata de mantenerlo en secreto.

La trama gira en torno a las complicaciones que surgen cuando Naoya intenta mantener sus dos relaciones a flote, mientras trata de evitar que descubran su secreto. Además, la historia también explora los sentimientos de los personajes y las decisiones que deben tomar en cuanto a sus relaciones amorosas.