Phim Em gái bé nhỏ xoay quanh cuộc sống thường nhật đầy biến động của ba chị em gái nhà Kouda: Sachi, Yoshino và Chika. Họ đã sống cùng nhau trong một căn nhà cũ mà bà ngoại để lại. Khi còn nhỏ, gia đình họ gặp nhiều khó khăn và bố mẹ ly dị. Rồi người bố rời khỏi nhà, chối bỏ việc nuôi con. 15 năm sau, Sachi nhận được tin bố cô qua đời tuy nhiên cô vẫn không thể tha thứ cho ông. Và Sachi quyết định không tham dự lễ tang, Chika và Yoshino đành thay mặt chị gái đến dự.

Tại đám tang, Yoshino tình cờ gặp Asano Suzu, cô em gái cùng cha khác mẹ của mình. Suzu không có tương lai đảm bảo do cô bé không phải là con ruột của người vợ hai của bố cô. Vì muốn giúp đỡ em gái, Yoshino đã viết thư kể rõ mọi chuyện cho Sachi. Sau khi đọc thư, Sachi chấp nhận đón Suzu về ngôi nhà của họ. Từ đó số phận của bốn chị em nhà Kouda thay đổi hoàn toàn…