漫画「姐姐的妄想日记」是连载于小学馆「周刊少年SUNDAY」的姐系作品，本次动画的声优和广播剧一样，由小清水亚美饰演“弟控”的姐姐霭子，而弟弟辉则由水岛大宙饰演！霭子的亲友香澄则由明坂聪美献声。 动画收录了原作中的6篇内容以及原创的3话故事。 OAD随漫画单行本第4卷发售。
小市真琴 本渡枫 小清水亚美 潘惠美 高桥李依 浦和希 水树奈奈
小清水亚美 薄井友里 首藤志奈 东城日沙子 内田直哉 金井美香 大森心 铃木崚汰 高桥智秋 樱井孝宏 宫内敦士 大塚明夫 武内骏辅 前野智昭 平川大辅 明坂聪美 辻亲八 濑户桃子 堀江瞬 速水奖 入野自由 松冈祯丞 梅原裕一郎 市道真央 阪口周平
小清水亚美 洲崎绫 内田真礼 赤崎千夏 菱川花菜
悠木碧 大冢刚央 小西克幸 橘龙丸 丰永利行 内山昂辉 桐本拓哉 小清水亚美 潘惠美 七海弘希 藤原夏海 上田丽奈 岛本须美
水岛大宙 水泽史绘 鸟海浩辅 野岛裕史 松来未祐 宝龟克寿 广桥凉 大原沙耶香 石井康嗣 置鲇龙太郎 川澄绫子 立花慎之介 柿原彻也 久川绫 藤原启治 井上和彦 西川几雄 小伏伸之 中岛沙树 荒木香惠 森永理科 大川透 木村遥 渡部猛 岩男润子 青山穰 秋元羊介 园崎未惠 冈和男 伊丸冈笃 升望 安元洋贵 斋藤千和 凤芳野 阪口周平
内山昂辉 佐仓绫音 水岛大宙 内田真礼 麻仓桃 中原麻衣 民安智惠 大和田仁美 织田优成 间岛淳司 兴津和幸 竹本英史 恒松步 逢坂良太 细谷佳正 小野贤章 木村良平 绿川光 小岩井小鸟 山下大辉 巽悠衣子 泽城美雪 杉田智和 小野大辅 河西健吾 濑户麻沙美 花江夏树 西村知道 山本兼平 水濑祈
小林优 小野友树 河本启佑 松冈祯丞 岛崎信长 泽城美雪 下田麻美 杉本优 水岛大宙 浪川大辅 津田健次郎 小野大辅 苍井翔太 矢作纱友里 中村悠一
木村良平 三宅麻理惠 樱井透 高垣彩阳 岛崎信长 井泽诗织 小西克幸 三矢雄二 小野友树 水岛大宙 增谷康纪
种崎敦美 福山润 日笠阳子 明坂聪美 日高里菜 富田美忧 加藤将之 子安武人 小原好美 新垣樽助
西山宏太朗 古木望 梅原裕一郎 三瓶由布子 小原好美 斋藤彩夏 种崎敦美 前野智昭 小野大辅 宫寺智子 明坂聪美 本渡枫 染谷俊之 太田基裕
神谷浩史 内田真礼 梶裕贵 石川界人 钉宫理惠 樱井孝宏 大川透 早见沙织 今井麻美 茜屋日海夏 井泽诗织 丰崎爱生 小野大辅 泽城美雪 福山润 井上和彦 小泽亚李 高桥伸也 星野贵纪 东城日沙子 西山宏太朗 明坂聪美 芹泽优 种崎敦美 置鲇龙太郎 巽悠衣子 山本兼平 山谷祥生 村田太志
竹内顺子 江口拓也 森功至 小山力也 雪野五月 石川由依 杉田智和 稻叶实 川岛得爱
未知
吉冈茉祐 永野爱理 田中美海 青山吉能 山下七海 奥野香耶 高木美佑 大坪由佳 加藤英美里 津田美波 福原香织 山本希望 明坂聪美 安野希世乃 浅沼晋太郎 日高法子
林原惠美 井上和彦 大塚明夫 榊原良子 折笠爱 上田祐司 三石琴乃 玉川纱己子 难波圭一 岩男润子
高山南
阿部敦 丹下樱 植田佳奈 神谷浩史 下屋则子 今村彩夏 真田麻美 麦人 鸟海浩辅 高乃丽 野中蓝 羽多野涉 安井邦彦 石川由依 朴璐美 水岛大宙 东地宏树 Hiroki Touchi
宫野真守 三木真一郎 吉野裕行 神谷浩史 小笠原亚里沙 佐藤有世 高垣彩阳 松本保典
杉山纪彰 下屋则子 神谷浩史 川澄绫子 植田佳奈 门胁舞以 伊藤美纪 中田让治 津嘉山正种 关智一 浅川悠 诹访部顺一 稻田彻
丰崎爱生 日笠阳子 佐藤聪美 寿美菜子 竹达彩奈
演员：竹内顺子 江口拓也 森功至 小山力也 雪野五月 石川由依 杉田智和 稻叶实 川岛得爱
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演员：
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