전작 시스터 프린세스 1기의 인기에 힘입어 제작된 2기 TV 시리즈. 2002년 10월 2일부터 매주 수요일 심야 0시 55분에 TV토쿄를 통해 방송된다. 이번 2기에서는 1기에서의 내용과 달리 매화 마다 1명의 여동생이 등장하여 와타루를 만나 스토리 전개가 되는 옴니버스 형식이다. 1기와는 달리 12명의 동생과 오빠인 와타루가 각각 다른 곳에 떨어져 살며 마치 영상 일기를 보는듯한 느낌을 전해준다.
때는 세기말이라 불리는 1998년, 케론별에서는 지구 정복 계획을 세운 뒤 다섯 명의 소대원으로 구성된 선행 부대, 케로로 소대와 본대를 파견했다. 하지만 모종의 사고로 케로로 소대원들은 현지에서 뿔뿔이 흩어지게 됐고 소대의 대장이었던 케로로는 어느 가정집에 불시착하게 된다. 오늘도 등교 준비로 분주한 히나타 남매. 하지만 누나 나츠미는 일찌감치 교복까지 다 갈아입은 반면 동생 후유키는 아직도 꿈나라에 가 있었다. 이에 화가 난 그녀는 동생을 깨우기 위해 동생이 좋아하는 외계인이 있다고 소리친다. 그런데 그 말을 듣고 깨어난 후유키의 시선은 나츠미의 뒤를 향했고 고개를 돌린 나츠미 역시 경악했다. 멀쩡하던 벽지가 서서히 갈라지더니 정체 모를 초록개구리가 이상한 공까지 든 채로 서 있었기 때문이다.
