Sejak memasuki sekolah menengah atas, Kyou Nukui tidak pernah menghadiri satu kelas pun. Sebaliknya, ia menghabiskan hari-harinya dengan mengurung diri di kamar tidurnya untuk menggubah musik dan mengunggahnya di internet, ditemani oleh gambar-gambar milik temannya, seorang seniman yang menggunakan nama samaran “Kiriyume.” Suatu hari, Kyou tanpa ragu mengunggah komposisi terbarunya, dan untuk pertama kalinya keluar dari gaya khasnya, TR03. Selain itu, ia tidak mengunggah dengan nama “HibikiP” seperti biasanya, tetapi dengan nama “saya”, dan tanpa gambar dari teman misteriusnya.
Tidak lama kemudian, Kyou menerima email yang sangat sopan, tidak hanya memuji musiknya, tetapi juga entah bagaimana, ia mengetahui bahwa ia adalah komposer di balik TR03. Email tersebut juga meminta untuk bertemu di taman terdekat, dan dengan hati-hati dia memutuskan untuk pergi ke sana. Namun, yang mengejutkannya, ia menemukan tiga anak perempuan sekolah dasar di tempat pertemuan itu! Tiba-tiba, Jun Gotou, Nozomi Momijidani, dan Sora Kaneshiro meminta bantuannya untuk mengadakan konser di rumah mereka, sebuah gereja tua yang sekarang digunakan sebagai panti asuhan. Meskipun awalnya Kyou merasa enggan, namun setelah melihat kemampuan bermusik mereka, ia akhirnya memutuskan untuk menerima permintaan mereka.
Berdasarkan novel ringan dengan judul yang sama karya Sagu Aoyama yang telah memenangkan penghargaan, Tenshi no 3P! mengikuti Kyou saat ketiga bidadari ini mengubah hidupnya.
