故事发生在现代。身为神主之女的神维那己，与青梅竹马兼好友皇うるか一起，偶然发现了从神社仓库通往地下的隐秘通道。两人在通道中迷路时，意外找到并启动了钢铁天使久留美2式。原来，久留美2式是作为改良型钢铁天使，从未来被送到现代的存在。随着她们的到来，一段充满混乱与欢笑的校园生活就此展开。
本作是在《钢铁天使久留美》取得良好反响后制作的原创续篇。不过，主角由少年改为少女，并被塑造成带有 はにはにだよ～ 这一刻意口头禅的萌系角色，使作品中的科幻战斗动作与恋爱喜剧元素大幅减少。由于本作还与后续作品《钢铁天使久留美零》同期制作，前作负责角色设计与总作画监督的千羽由利子也不再参与本作。
久留美三姐妹之间的关系基本延续前作设定，但萨琪在主人皇うるか与姐姐久留美之间产生了摇摆不定的少女情怀。皇うるか则对身为女主角的神维那己怀有淡淡的爱意，使整部作品的百合氛围更加浓厚。
从本作开始，制作厂牌也由波丽佳音更换为 m.o.e。
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