Ahiru (letteralmente "papera") è una paperella che un giorno vede ballare un bellissimo principe, il quale dopo aver perduto il suo cuore, sacrificato per sconfiggere il malvagio Corvo, è diventato una bambola senz'anima e priva di sentimenti. Innamorata di lui ed impietosita dai suoi occhi tristi, ultimo residuo della sua personalità perduta, Ahiru desidera con tutta se stessa di poterlo aiutare; il suo desiderio viene esaudito e grazie ad un magico medaglione donatole dal vecchio ed inquietante Drosselmeyer, diventa una giovane e goffa ragazza che frequenta una scuola di balletto. In caso di necessità il medaglione le permette di diventare Princess Tutu, magica principessa ballerina che ha il compito di ritrovare i frammenti del cuore del principe, in realtà il suo misterioso compagno di scuola e senpai Mytho, e restituirgli quindi i sentimenti perduti. La storia esplora le conseguenze delle azioni di Ahiru/Princess Tutu e come queste influenzino la sua vita e quella di coloro intorno a lei, in particolare Rue, compagna di classe innamorata di Mytho, e Fakir, amico d'infanzia e compagno di corso di Mytho che sembra soggiogare la sua volontà, ma che in realtà ha votato la sua vita a proteggerlo da sé stesso e dal mondo esterno. Kinkan Town, la cittadina dove si svolgono questi avvenimenti, è permeata dall'antica leggenda del Principe ed il Corvo e lentamente realtà e fiaba si fondono e diventano indistinguibili. Ahiru, Rue, Mytho, e Fakir sono destinati ad interpretare il ruolo dei personaggi dell'ultima storia scritta da Drosselmeyer, morto prima di terminare il suo lavoro. I personaggi cominciano però a resistere ai vincoli assegnati agli infausti destini che lo scrittore ha loro assegnato, e a lottare per evitare che la storia diventi una tragedia.