1965年の原作発表以来、幾度となく実写映像化されてきた、筒井康隆原作の「時をかける少女」。今作は、原作の映画化ではなく、原作の約20年後を舞台にした続編の青春ファンタジー・アニメーション。監督は「ONE PIECE ワンピース THE MOVIE オマツリ男爵と秘密の島」の細田守。
高校2年生の紺野真琴(声・仲里依紗)はある夏の土曜日の実験室で不思議な体験をし、それ以来時間を跳躍するタイムリープの力を身につけてしまう。はじめはそれを巧みに利用して日々を楽しんでいた彼女だが、仲良しの同級生・千昭(声・石田卓也)から告白され、それを強引になかったことにしようと時を遡ったときから、運命の歯車が狂い始めていく