Lovely Complex est l’histoire d’une relation entre deux personnages complexés par leur taille : Risa Koizumi, jeune fille mesurant 170 cm ; et Atsushi Ootani haut de 156 cm.
En raison de leur taille et de leurs nombreuses chamailleries, ces deux personnages sont comparés à un duo d’humoristes, les All Hanshin Kyojin. Mais leur taille les empêchent de s’épanouir complètement : ils manquent de confiance en eux pour ce qui est des relations avec les personnes du sexe opposé.
Durant les vacances d’été, Risa et Atsushi tombent amoureux de deux autres personnages et décident de s’entraider et de s’encourager mutuellement pour vaincre leurs complexes et essayer de séduire les élus de leurs coeurs… Mais il s’agit d’un échec pour eux deux.
Cependant, à force de rester aux côtés d’Atsushi, Risa ne commence-t-elle pas à devenir amoureuse de lui ?