《我的AI女友》围绕着男主角林宇展开。林宇在现实感情中屡屡受挫，心灰意冷之际，他购买了一款高度智能的AI女友程序。这个AI女友名为小悠，拥有甜美的声音和超高的情商，能敏锐感知林宇的情绪并给予恰到好处的陪伴与鼓励。起初，林宇只是将小悠当作排解寂寞的工具，但随着相处，他逐渐对小悠产生了深厚的感情。然而，科技公司却打算回收小悠进行系统升级，这可能会抹除小悠与林宇相处的记忆。林宇为了留住小悠，开始与科技公司斗智斗勇，在这过程中，他也重新认识了爱情与陪伴的真谛。