「キミのことを、教えて。そうすれば、歌がわかるのかもしれない」
ＣＤショップで聴いたことのないミクの歌を耳にした星乃一歌。
彼女はモニターに、見たことのない姿の”初音ミク”を見つけ、「ミク!?」と思わず声に出す。
その声に驚いたミクは、一歌と目が合ったものの、ほどなくして消えてしまう。
後日、路上ライブを終えた一歌のスマホに、以前見かけたミクが姿を現す。
寂しそうに俯くミクに、一歌はそっと話を聞いてみると、
“想いの持ち主”たちに歌を届けたいのだが、いくら歌っても、その歌が届かないという。
ライブで多くの人の心に歌を届ける一歌の姿を見て、
彼女のことを知れば自分も“想いの持ち主”たちに歌を届けることが出来るのではと考えたミクは、一歌のもとにやってきたのだった。
ミクの願いに「私でよければ」と微笑みながら一歌は答え、初音ミクと少年少女たちの新たな物語が始まる―
 

原作は、⾳楽を中⼼としたサブカルチャーが盛んな街「シブヤ」と、⼈々の“本当の想い”が映し出された不思議な空間「セカイ」を舞台に、少年少女の“本当の想い”そして「自分の歌」を見つける物語を描き、「初音ミク」たちバーチャル・シンガーも登場するアプリゲーム「プロジェクトセカイ カラフルステージ！ feat. 初音ミク」（略称：「プロセカ」）。
本作では、ゲームには登場していない新しい「初⾳ミク」が、「プロセカ」のキャラクター達と出会い、成⻑していく姿を、アニメーションスタジオP.A.WORKSにより完全オリジナルストーリーとして描かれる。
※4Dのみ上映