《三次元女友》本作是在原著同名漫画基础上改编的剧场版电影。筒井光是一名沉醉于二次元世界的超级宅男。一次，他帮助了在书店被委屈偷书的一位女生，没想到她就是学校第一美少女五十岚色叶。这般机缘偶然下两人相识，随后筒井光突然被五十岚色叶告白，两个差异极大的人就这样发端了交往。