Ichigo Momomiya esperava que seu encontro com sua paixão, Masaya Aoyama, tivesse um final mais romântico do que adormecer depois de ver a visão de um gato entrando em seu corpo. As coisas ficam ainda mais estranhas quando, no dia seguinte, ela começa a exibir comportamentos semelhantes a gatos, como um desejo intenso por peixes. Quando Masaya é atacado por um monstro, ela descobre que é capaz de se transformar na garota mágica com orelhas de gato, Mew Ichigo. Depois que ela salva Masaya, dois pesquisadores chamados Ryou Shirogane e Keiichiro Akasaka se aproximam dela e revelam que a injetaram com o DNA do gato Iriomote para criar uma garota mágica que pode salvar o mundo de alienígenas. Ichigo tem a tarefa de combater esses monstros, mas salvar o mundo prova ser demais para Ichigo lidar sozinha. Felizmente, ela descobre que existem outras quatro garotas como ela, e agora, Ichigo deve encontrá-las rapidamente antes que os alienígenas dominem completamente o planeta.
A adaptação do anime Tokyo Mew Mews foi criada pelo Studio Pierrot e Nippon Animation, estréia no Japão pela TV Tokyo e TV Aichi. A 4Kids lidou com a localização em inglês e também só conseguiu licenciar e dublar os primeiros 26 episódios da série.