Toshokan Sensou menceritakan kisah Kasahara Iku, wanita pertama yang bergabung dengan Satuan Tugas Perpustakaan. Dalam waktu dekat di Jepang, UU Peningkatan Media telah memaksa penduduk menyensor semua buku dan media. Untuk mengatasi ini, Angkatan Pertahanan Perpustakaan telah dibuat. Untuk melindungi diri dari Komisi Hukum Peningkatan Media, semua perpustakaan utama dilengkapi dengan Satuan Tugas militer, yang bertugas melindungi buku-buku dan kebebasan media rakyat. Anime ini mengikuti Iku dan rekan-rekan prajuritnya saat mereka melindungi berbagai buku dan artefak khusus dari penindasan Komisi Hukum Peningkatan Media. Sebuah kisah cinta, kisah perang, dan komedi semuanya digulung menjadi satu.