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Aoi Miyamori, Ema Yasuhara, Midori Imai, Misa Todo e Shizuka Sakaki sono cinque normali studentesse di un club d'animazione che, dopo aver realizzato un breve anime amatoriale da proiettare nella propria scuola, si scambiano la promessa di produrre, un giorno, un vero e proprio prodotto d'animazione professionale tutte insieme. Qualche anno dopo, Miyamori è un'assistente alla produzione della Musashino Animation alle prese col suo primo incarico, Ema è diventata un'animatrice del medesimo studio, Misa è stata assunta da una ditta specializzata in CG, Midori frequenta l'università mentre cerca di scrivere una sceneggiatura e Shizuka lavora part-time mentre tenta di ottenere una parte come doppiatrice di una serie televisiva. Shirobako è la storia di queste cinque ragazze, e della Musashino Animation tutta, nel dietro le quinte del mondo dell'animazione.