Sejak memasuki sekolah menengah, Kyou Nukui tidak pernah menghadiri satu kelas pun. Sebaliknya, ia menghabiskan hari-harinya dengan terkunci di kamar tidurnya mengarang musik dan mempostingnya di internet disertai dengan gambar temannya satu-satunya, seorang seniman dengan nama samaran “Kiriyume”. Suatu hari, Kyou dengan ragu-ragu mengunggah komposisi terbarunya, dan meninggalkan gaya khasnya, TR03. Selain itu, ia tidak mengunggah dengan nama “HibikiP” yang biasa, tetapi hanya dengan nama “saya”, dan tanpa gambar dari teman misteriusnya.

Tak lama kemudian, Kyou menerima email yang sangat sopan, tidak hanya memuji musiknya tetapi juga entah bagaimana menyadari bahwa dia sebenarnya adalah komposer di balik TR03. E-mail tersebut juga meminta untuk bertemu di taman terdekat, yang dengan hati-hati dia putuskan untuk pergi. Yang mengejutkan, bagaimanapun, dia menemukan tiga gadis sekolah dasar di tempat pertemuan! Tiba-tiba, Jun Gotou, Nozomi Momijidani, dan Sora Kaneshiro meminta bantuannya untuk menggelar konser di rumah mereka, sebuah gereja tua yang kini digunakan sebagai panti asuhan. Dan meskipun Kyou pada awalnya enggan, setelah melihat kemampuan musik mereka, dia akhirnya memutuskan untuk menerima lamaran mereka.

Berdasarkan novel ringan dengan nama yang sama oleh pemenang penghargaan Sagu Aoyama, Tenshi no 3P! mengikuti Kyou saat ketiga malaikat ini mengubah hidupnya.