Nogizaka Haruka no himitsu è ambientata in una scuola privata giapponese, la Hakujō Academy, ed è incentrata sul protagonista maschile Yūto Ayase e sulla sua compagna di classe Haruka Nogizaka. Yūto è un ragazzo ordinario, al contrario Haruka è molto bella, intelligente e ricca, per questo motivo viene considerata come la ragazza inarrivabile della scuola ed è ammirata da tutti i suoi compagni di classe che l'hanno soprannominata "Nuit Étoile" (La stella luminosa della notte scintillante fluorescente) e "Lumière du Clavier" (La splendente principessa del pianoforte). Un giorno Nobunaga Asakura, un amico di Yūto, chiede a Yūto di riconosegnare un libro alla biblioteca scolastica, proprio qui per caso incontra Haruka e scopre il suo segreto, cioè la sua incredibile passione per anime, manga e la cultura otaku, passione ritenuta inutile dal padre di Haruka e proprio per questa tenuta segreta a tutti, padre compreso. Per questa ragione Yūto le promette di mantenere il segreto e nel corso della storia tra i due si svilupperà un forte legame sostenuto dalla sorella minore di Haruka e dalle due cameriere di casa Nogizaka.