圣之丘学园高等部的新任高中教师·水上悟在返家的路上，于路旁捡到遭遗弃的三只猫咪，和年约十五岁前后的少女澪，并与他们展开了共同生活。澪对自己的事几乎全无记忆，却好似能与猫咪们沟通，更是令人惊异的是她拥有丰富的宅知识，实在是个非常不可思议的少女。不过那也难怪，因为这是天界天使们的阴谋，究竟澪与悟和猫咪们的命运将会如何！?

前略。我与猫和天使同居 水上家

水上 悟	水上悟 （みなかみ さとる） 主人公。 圣丘学园高等部的新任教师，同时也是新闻部的顾问。 因就业问题借住在叔父的家里。但在悟就业前叔父夫妻俩调职到国外去了，因此悟就变成一个人住的状态 喜欢猫咪。在损友黑木司的影响下对GaLgame(宅男们熟知的工口游戏)有很深入的理解。 新学期一开始的雨天捡到遭到遗弃的3只猫咪和澪，从而使生活发生了改变。 因为正确地引导天使素体——澪，遏止她的堕天，不断给予她支持，直到她成为正天使，所以被当成圣者看待。
水上 澪	水上澪 （みなかみ みお） 女主人公。 悟在雨中捡到的被遗弃在箱子里的少女。 被悟取名为“澪”（据“301655723”前面的『30』的日文谐音，就叫作『澪』。）被财天寺努和白川有纱二人灌输了基本常识和丰富的二次元知识后送到地上。 其本身是编号为「301655723」的天使素体。
伊芙	伊芙 （イブ）=水上 圣宵 遭到遗弃，与澪一起被悟捡回家的三只小猫之一。 黑色的雌猫。名字取自『夜晚（Eve）』给人的印象。人形时的名字取自『圣洁的良宵』。 原本是普通的猫咪，但受到澪的影响，从而成为高度智能的神兽。 水上家遭人放火时，用自己的身体挡住了澪的十分重要的相片。 经常爬到悟的头上，是3只猫中与悟的互动最多的。 因拥有加百列所送的项链（愿望的碎片），而拥有化为人形的能力。项链颜色为红色。
比丝	比丝 （ヴィス）=水上 真白 遭到遗弃，与澪一起被悟捡回家的三只小猫之一。 白色的雌猫。名字取自取自德语的『白色（Weiβ』。人形时的名字就是比丝名字的由来。 3只猫中老大。 原本是普通的猫咪，但受到澪的影响，从而成为高度智能的神兽。 3只猫中头脑最好的，对高中生水平的数学问题丝毫没有问题。 因拥有加百列所送的项链（愿望的碎片），而拥有化为人形的能力。项链颜色为蓝色。
理德	理德 （リッド）=水上 绫人 遭到遗弃，与澪一起被悟捡回家的三只小猫之一 黑白混合的雄猫。名字取自『黑白混合（Hybrid）』。人形时的名字取自有花纹之意的『绫』加上『人』。 3只猫中老幺。 原本是普通的猫咪，但受到澪的影响，从而成为高度智能的神兽。 好奇心旺盛。另外，还有比较害羞的一面。 因拥有加百列所送的项链（愿望的碎片），而拥有化为人形的能力。项链颜色为绿色。

前略。我与猫和天使同居 天使

财田寺 努	财田寺努 （ざいてんじ つとむ） 把澪送到地上的人之一，和诗利亚搭档工作了很久，却一直不知道彼此无故旷职的事。因此，两人把澪送到地上，想要将功抵过。 本名：座天使·兹特列奇耶鲁（ツトレキエル） 偶尔会在日本时间星期五的早上，借口『去巡视圣地』而降临到地上（注：日本H-Game的发售日几乎都是在星期五），实际上是去御宅族的圣地·秋叶原。
白川 有纱	白川有纱 （しらかわ ありさ） 把澪送到地上的人之一，和兹特列奇耶鲁搭档工作了很久，却一直不知道彼此无故旷职的事。因此，两人把澪送到地上，想要将功抵过。 本名：座天使·诗利亚（スリア） 有时会以『去守护朝圣之人』为由而降临地上，实际上是指腐女的朝圣之路·少女之路（注：池袋某条街道的通称。那里集中了许多贩卖以女性为对象的动漫商品和同人志的店家，亦有「腐女的圣地」之称）。
加百列	加布列拉·卫斯特伍德 位于天使中最顶位的四名炽天使中唯一的女性，掌管诞生的最上级天使。从水上家遭人纵火后，和努、有纱一起出现在悟和澪面前，向悟和澪做出解释。 本名：加百列（ガブリエル） 因为拥有广泛的知识，所以努和有纱的那方面的对话也能理解。