高坂桐乃
這部作品的女主角是一位現代初中女生，擁有近乎完美的超能力：美貌、優異的成績、出色的運動天賦，甚至還兼職做模特兒。然而，她同時也是個宅女，熱愛動漫和遊戲。她曾赴美國留學，接受田徑訓練。起初她對京介有些霸道，但在京介的「人生建議」下，她的態度開始轉變。

高坂京介
這部作品的主角。與妹妹桐乃不同，他只是個普通的高中男生。很長一段時間裡，他和桐乃關係冷淡，甚至都不跟她說話，但自從兩人開始互相提供「人生建議」後，關係開始改變。他個性溫柔體貼，除了給妹妹「人生建議」之外，也很照顧學妹黑貓。有時，他也會表現出意志堅定的一面。

黑貓（Kuroneko）
桐乃在一次線下聚會上認識的宅女朋友。她和京介是同一所高中的學生，平常喜歡穿便服，cosplay成她最喜歡的動畫《假面騎士》裡的角色。她舉止有些中二病，但同時也很顧家，對妹妹照顧有加。她遊戲玩得很好，是學校遊戲研究社的成員。 「黑貓」是她的網名，真名是五高琉璃。

薩奧裡·瓦吉納
桐乃的宅女朋友。她穿著典型的宅女裝扮，褲子塞進褲子裡，戴著頭巾和圓框眼鏡。她是個社群媒體社群的管理員，桐乃和黑貓就是在她組織的一次線下聚會上認識的。之後，她常常邀請兩人一起出去玩，是個非常體貼的人。和現實生活中相比，她在網路上的言行舉止都非常優雅得體。

新垣綾瀨
她是國中女生，也是桐乃的同班同學。她同時也是一名模特，是桐乃在學校和工作上最好的朋友。她個性謙遜友善，但有時也會對京介和其他朋友冷嘲熱諷。她很有主見，而且很容易對好友桐乃冷漠的態度產生執念。

來棲加奈子
桐乃的同班同學。身材嬌小、綁著雙馬尾的國中女生，個性無所畏懼，直言不諱。她夢想成為偶像，並且在舞蹈和歌唱方面都很有天賦。由於她長得酷似動畫《星塵魔女梅露露》中的梅露露，所以她也經常cosplay梅露露，並在演藝圈工作。

田村真奈美
她是京介的青梅竹馬，也是同一所高中的學生。她個性非常隨和，說話慢條斯理，外表樸素。桐乃稱呼她為「吉美子」。她和京介是多年的好友，關係很融洽。她是日本糕點師的女兒，擅長烹飪和家務。

赤城瀨名
她是一名高中生，和京介就讀同一所高中。她不但和黑貓同級，還同屬一個遊戲社。她是個腐女，喜歡BL和男同志題材，經常沉浸在自己的幻想中。她有個哥哥，和京介是同班同學。

原作：伏見司《我的妹妹不可能這麼可愛》（電擊文庫/ASCII Media Works 出版）
導演：神戶洋子
系列構成：倉田英幸
原畫作者：神崎宏
角色設計：小田弘之
總動畫監督：石田佳奈、川上哲也、渡邊圭介
美術設定、道具設計：石本武弘
藝術總監：岡本義司（草薙）
色彩設計/末永泰子
攝影指導：設樂希 (T2studio)
由 Hida Aya編輯
音響監督/本山聰
音樂：小松晃（MONACA）
製作/A-1影業

小坂桐乃/竹達綾奈
高坂恭介/中村佑一
黑貓/花澤佳奈
巴吉娜沙織/生田目瞳
田村真奈美/佐藤聰美
新垣綾瀨/早水沙織
來棲加奈子/田村由香里
小坂大輔/立木文彥
高坂芳乃/渡邊秋乃

OP1
“團圓”
作詞：kz
組成：kz
安排/kz
演唱：克拉麗

ED1
“最後的儀式”
14
作詞：Ray
作曲家：雷
編曲：Ray、長坂 演唱：Kuroneko（花澤佳奈）

ED2
“將要”
15
歌詞作者：sequel
作品：續集
編曲：續集，ACOMPANAR
演唱：小坂桐乃（竹達綾奈）

ED3
“謝謝”
16
作詞：千葉健一 作曲：千葉健一 編曲：千葉「naotyu-」 直樹、千葉健一 演唱：高坂桐乃（竹篤奈）

我妹妹不可能這麼可愛
我的妹妹不可能這麼可愛 真路線
我妹妹不可能這麼可愛。