À la recherche du grand amour, Kanako Miyamae intègre le lycée catholique Ame no Kisaki, inspirée par la façon dont ses parents y sont tombés amoureux. Il y a juste une petite différence : comme les hommes lui provoquent des éruptions cutanées, Kanako est en réalité venue dans cette école réservée aux filles pour trouver une partenaire du même sexe. Lorsqu'elle rencontre la magnifique Mariya Shidou, Kanako pense avoir trouvé la personne spéciale ; cependant, Mariya cache bien son jeu : il s'avère que le premier amour de Kanako est en réalité un garçon travesti. Mariya menace de révéler les intentions peu pures de Kanako à moins qu'elle ne garde son vrai genre secret, et pour couronner le tout, il remplace également sa colocataire d'origine afin de pouvoir la surveiller de près. Maria†Holic suit Kanako dans sa quête de l'amour dans les pires endroits et à la recherche de la fille de ses rêves – si tant est qu'elle survive à la cohabitation avec Mariya !