Mawaru Penguindrum – Takakura Kanba dan Shouma hidup bersama adik perempuan mereka, Himari, yang menderita penyakit mematikan dan diramalkan tidak akan hidup lama. Suatu hari, setelah diperbolehkan keluar rumah untuk jalan-jalan, Himari tiba-tiba meninggal saat mengunjungi akuarium. Namun, tak lama setelah kematiannya, ia dibangkitkan oleh roh misterius yang bersemayam dalam topi berbentuk kepala penguin yang ia beli hari itu. Sebagai gantinya, roh tersebut menuntut Kanba dan Shouma untuk menemukan “Penguindrum,” sebuah objek yang tak diketahui bentuk atau maknanya, demi menjaga Himari tetap hidup.
Petualangan mereka membawa keduanya ke dalam dunia yang penuh teka-teki dan simbolisme, di mana kenyataan, takdir, dan trauma masa lalu saling berkelindan. Mereka mengikuti jejak seorang gadis bernama Ringo Oginome, yang tampaknya memiliki hubungan erat dengan Penguindrum dan menyimpan agenda tersendiri.
