高校一年生の桃宮いちごは恋に憧れる元気で明るい女の子。学校一の人気者、青山くんに一目惚れしたいちごは勇気を出して青山くんをデートに誘う。 ところが、出かけた『レッドデータアニマル展』で非常事態が発生。 突然放たれる眩い光に包まれたいちごは、なんと、正義の味方「ミュウイチゴ」になってしまった!? 大好きな青山くんも地球の未来も守ってみせる！ お礼にたっぷりご奉仕するにゃん♡

白金稜と赤坂圭一郎から、エイリアンから地球を守るため「μ」プロジェクトに参加してほしいと言われたいちごは、アジトであるカフェミュウミュウでアルバイトを始めながら残りの仲間を藍沢みんととともに探すことに。 ある時、カフェで出会った優しい少女、碧川れたすと友達になりたいと思ういちご。 だがれたすには何か悩みがあるようで――。そんな時、噂で耳にした怪奇現象を、キメラアニマの仕業と踏んだいちごとみんと。駆け付けた学校のプールで目にしたのは…!?

この間のデートのリベンジ！ということで、青山くんと動物園にやってきたいちご。 最初はお互いに緊張していたけれど、やっといい雰囲気になれた、と思ったら…おサルさんのように大道芸をする元気いっぱいな女の子、黄歩鈴（フォン プリン）が登場！　 せっかくのデートを邪魔されてガッカリしていたいちごの目の前に、「キッシュ」と名乗るエイリアンが現れ、大ピンチ。ミュウイチゴたちの危機を救ったのは新しい仲間、ミュウプリンだった！

ついに５人目のミュウミュウが見つかった！ 彼女は今とっても大人気の芸能人、クールビューティな容姿と抜群のプロポーションを併せ持ったカリスマ・藤原ざくろ。みんとがずっと憧れていた人だった。 ざくろと接触するため、いちご、みんと、れたすの３人はざくろが主演するミュージカルのオーディションに参加することに。 しかし年齢制限で参加できずひとりお留守番のはずだった歩鈴が乱入し、オーディションはめちゃくちゃに！無事にざくろを仲間にすることはできるのか！？

ざくろの一言にすっかり落ち込んでしまったみんとの様子を見て、なんとか元気づけたいとみんとの大豪邸にやってきたいちごたち。 最初は追い返そうとしていたみんとだが、ハプニングが起きてずぶ濡れになったり枕投げをしたり４人で大騒ぎ！ 自身の夢を語るなどみんなとたくさん話をして元気を取り戻したみんとは、もう一度ざくろに会いに行こうと決意する。 ところがそこにキッシュが現れて――。

キッシュがざくろを襲撃するという計画を聞きつけ、彼女を守るためにテレビ局へ向かったいちご、みんと、れたす、歩鈴。 あれこれ変装してやっとの思いで潜入成功！ 再会したざくろに、ミュウミュウの仲間になってほしいと説得する。ところが、ざくろへの想いが一番強かったはずのみんとが、ざくろに別れを告げるようなことを言い出した。果敢に敵襲に立ち向かうミュウミュウの様子を見たざくろは……。

ついに全員がそろったミュウミュウ。　ざくろもバイトを始め、カフェミュウミュウはすっかり賑やかに！ 一方、エイリアン側では、失敗続きのキッシュに代わり、冷徹なパイといたずらっ子のようなタルトの二人が青山くんと一緒にいたいちごに攻撃を仕掛ける。 突如季節外れの桜が満開となる中、キメラアニマの襲撃を受けるいちごと青山くん。青山くんを守るため、ミュウミュウに変身したいが、正体がばれてしまうと悩んだいちごは……!?

白金が所有する豪華客船で赤坂の新作スイーツお披露目イベントが開かれることに。 ミュウミュウたち、そして歩鈴の弟や妹たちもドレスアップして乗船！ 華やかなパーティが始まった。 もっとみんなの役に立ちたい！と張り切るれたすだったが、失敗ばかりで空回り。そんなれたすの様子を気に掛ける白金。 そこに、パイが仕掛けたキメラアニマが襲撃し、歩鈴の弟が海にさらわれてしまう。泳げないと躊躇するれたすだが自分以外に助けられる人はおらず…。

ライブのチケット２枚を手に入れた青山くん。いちごを誘いたいと思うがなかなか言い出せずにいるうちに、いちごはバイトへ行ってしまった。 そして今日もカフェミュウミュウはお客さんがいっぱいで大忙し！ バイトに学校、それにミュウミュウ。毎日忙しくてあまり青山くんと会えないことを寂しがるいちごの前に…なんと、青山くんがカフェミュウミュウに現れた！ チケットを渡したがっていると気づいたみんとたちは二人のために一肌脱ごうと奮闘する。

明日は青山くんとのデート。とっても楽しみにしているいちごだが、ひとつ心配なことが。それは、自分がどんどん猫化していること。そしてまた今日も青山くんの前で猫になってしまいそうになり、慌てて逃げ出す。 猫いちごは子どもに追いかけられたり、巨大ネコ・フランソワに迫られたり、ついには川に落ちてしまった！ 危機一髪の猫いちごを助けてくれたのは――

エイリアンたちは「TOKYO大陸復古＜トーキョー ゴンドワナ・ルネッサンス＞」作戦を開始。 そんな中、世界を浄化できる超物質・ミュウアクアを探知した白金たちは、いちごがどこにいるのか分からないまま、やむを得ずみんと、れたす、歩鈴、ざくろを東京タワーに出動させる。 一方、猫になったままのいちごは青山くんの家から飛び出し、ひとり街をさまよっていたところ、ミュウミントたち4人が危機にさらされていることを知る白金は懸命にいちごの行方を捜して――

ようやくいちごが駆けつけ、ミュウミュウ５人は力を合わせてキッシュたちエイリアンとの大決戦に臨む。 しかし巨大な繭から生まれた生物「ダストワイバーン」の放った汚染物質が上空を覆い、東京はパニックに。 その頃、青山くんは約束の場所で、時間を過ぎても来ないいちごを待っていた。混乱する街の中、戦うミュウミュウの姿を映像で見た青山くんは――。