Teman masa kecil Nao Mamiya dan Kyousuke Miyoshi selalu bersaing satu sama lain, baik dalam bidang akademik dan olahraga maupun hal-hal sepele sehari-hari. Meskipun Nao selalu menang, Kyousuke menolak untuk menyerah, berharap bisa mengalahkannya di masa depan.

Namun suatu hari, pada usia 17 tahun, Nao terserang penyakit mendadak dan dirawat di rumah sakit selama beberapa minggu, hanya untuk kembali sebagai perempuan yang "muncul". Sangat mengecewakan bagi Kyousuke yang takut pada perempuan, Nao dengan mudah menerima situasi tersebut dan siap untuk terus menjalani hidup sebagai seorang gadis.

Di dunia di mana mekanisme perubahan gender menjaga rasio laki-laki terhadap perempuan tetap konstan, Kanojo ni Naru Hi adalah kisah tentang Nao sebagai laki-laki yang telah berganti gender, beradaptasi dengan perubahan dalam keadaannya.