Shirobako sigue a cinco amigas que entablan una estrecha relación en el instituto Kaminoyama gracias a su amor compartido por el anime. Aoi Miyamori, Ema Yasuhara, Midori Imai, Shizuka Sakaki y Misa Toudou forman un club de animación, hacen juntas un anime amateur y lo presentan en el festival cultural. Impulsadas por esa experiencia, se prometen dedicarse profesionalmente al sector y, algún día, trabajar juntas en una serie de gran éxito propia.
Esa promesa se convierte en el eje de la franquicia Shirobako a medida que sus caminos se separan y se vuelven a cruzar por las exigencias de la producción de anime. Aoi y Ema consiguen trabajo en la prestigiosa productora Musashino Animation, mientras que Shizuka lucha por ser reconocida como una actriz de voz competente, Misa se conforma con un empleo estable pero poco satisfactorio diseñando modelos 3D para una empresa automovilística, y Midori sigue esforzándose por alcanzar su objetivo de convertirse en guionista. Entre plazos de entrega, contratiempos y estallidos excéntricos de creatividad, Shirobako se fija en el trabajo que hay detrás de cada episodio terminado y en el entusiasmo obstinado que puede mantener vivo un sueño compartido.