故事发生在圣夜学院中，亚梦（伊藤加奈惠 配音）是校园里有名的“刺头”，因为她不仅外表凶狠凌厉，有时说话还十分毒舌。然而，这却并非真实的亚梦。亚梦其实十分胆小害羞，她不过是用强硬的外在作为伪装，将其变成能够自我保护的堡垒罢了。 终于有一天，亚梦再也无法忍受生活中旁人对她的诸多误会和误解了，她决定改变，亚梦向“守护灵”祈愿，希望自己的愿望能够成真。让亚梦没有想到的是，第二天，她的床上竟然多了三只守护蛋，守护蛋里装着的，是三名可爱善良的“守护甜心”——小兰（阿澄佳奈 配音）、美琪（加藤奈奈绘 配音）和小丝（丰崎爱生）。在他们的帮助下，亚梦能否重塑自己的形象呢？
动画剧情舞台为2047年，与人类之敌「D2」对抗而荒废的美国。指挥家「朝雏タクト」与「Musicart」的少女「命运」，在失去音乐的世界中各自为了自身的渴望，共同出发前往纽约。
绝大部分的故事都发生在美国一个名为小镇村（The City of Townsville）的都市，飞天小女警则是这座城市的保护者，举凡阻止银行抢案、火场救援、防止怪兽破坏城市等，都是她们的工作。 飞天小女警对付犯案者及怪兽毫不留情，几乎总是会狠狠的揍他们一顿，再把他们丢进监牢或交给警方。 飞天小女警有专属的热线电话，市政厅、小橡树幼稚园和基妮老师家里都设有分机。发生犯罪事件时通常是由市长打电话通知飞天小女警。飞天小女警的主旨是“英雄不是绝对的善，坏蛋也不是绝对的恶…因为每个人都有好的本性和坏的本性，只看你怎么选择。 结尾画面和结尾语亦为本作之特色，各故事皆有结尾画面和结尾语。大部分的结尾画面为飞天小女警三人，结尾语通常则是“一天又平安的过去了，感谢飞天小女警的努力！”但前两者并非每集皆一成不变；较可能出现的会是解决该集纷争最有助力的人、事、物，而也并非绝对单一个体（也可能复数）。
