Semuanya dimulai dengan kematian salah satu anggota Klub Astronomi. Dari sini, hantu klub yang dikabarkan menjadi hidup. Pengidap insomnia pemarah Ganta Nakami menemukan Isaki Magari yang cukup memberontak namun santai di observatorium yang ditinggalkan Klub Astronomi. Magari tersentak bangun dan mencoba melarikan diri dari tempat kejadian, hanya untuk mencegah pintu yang rusak, memaksa keduanya masuk. Keduanya menjalin persahabatan yang tidak terduga, membuat mereka menggunakan observatorium sebagai tempat yang aman bagi mereka untuk berinteraksi. Kimi wa Houkago Insomnia mengikuti waktu penderita insomnia Nakami dan Magari di observatorium berbintang saat mereka saling membantu mengatasi insomnia dan efek abadi yang ditimbulkannya pada kehidupan siswa.