Cô gái đến từ sao Miêu là câu chuyện về một cô mèo hóa thân thành con người để xuống trái đất. Cô mèo Miêu Diệu Diệu (do Điền Nhụy Ni đóng) vốn sinh ra và lớn lên ở sao Miêu. Cô đến trái đất với thân phận con người nhằm giúp đỡ cho vợ chồng nhà vật lý học Tiết Đinh Giáp (do Trần Hào đóng) và Tiêu Dao (do Hồ Định Hân đóng). 10 năm trước, Diệu từng là mèo cưng của gia đình họ Tiết, giữa cô và chủ nhà có tình cảm rất sâu đậm. Diệu Diệu được thầy thuốc Cao Khôi (do Chu Mễ Mễ đóng) cho ở nhờ. Nhờ cơ duyên, Diệu được tham gia làm việc trong công ty nghiên cứu khoa học của chủ nhân Đinh Giáp. Dựa vào những kiến thức khoa học tiên tiến ở sao Miêu, Diệu lập tức trở thành một nhân vật quan trọng trong công ty. Với bản năng con mèo, Diệu có năng lực phi thường: tai thính, hành động nhanh nhẹn. Diệu còn biết được một lãnh đạo cấp cao của công ty đang cấu kết và lập mưu đối phó Đinh Giáp.