Wataten! an Angel Flew Down to Me se centra en Miyako Hoshino, una tímida estudiante universitaria que preferiría quedarse en su habitación cosiendo trajes de cosplay antes que relacionarse con otras personas. Su tranquila rutina se ve alterada cuando Hinata, su hermana de quinto curso, lleva a casa a Hana Shirosaki, compañera de clase, y Miyako queda inmediatamente cautivada por la ternura y la presencia angelical de Hana.
A partir de ahí se suceden una serie de intentos torpes, pero sinceros, de ganarse el cariño de Hana. Miyako prueba de todo, desde convencerla para que se ponga vestidos de cosplay hasta ofrecerle dulces, pero esos gestos solo consiguen que Hana se lleve una mala primera impresión al principio. Aun así, Miyako se niega a rendirse, convencida de haber encontrado al ángel que ha descendido ante ella, y sigue haciendo todo lo posible por acercarse a Hana sin ahuyentarla.
La serie se desarrolla como un slice of life desenfadado, centrado en los personajes, construido sobre el entusiasmo nervioso de Miyako, las cautelosas reacciones de Hana y la comedia que nace de la descompensación entre la primera impresión de ambas. A medida que su relación se va afianzando poco a poco, la historia permanece muy cerca de los pequeños momentos cotidianos, las ocurrencias del cosplay y el encanto embarazoso del empeño de Miyako por acercarse sin asustar a Hana. A su alrededor, el reparto mantiene un tono ligero y afectuoso, convirtiendo las reuniones corrientes en una sucesión constante de pequeños malentendidos, vínculos suaves y humor distendido.