《三颗星彩色冒险》的故事发生在上野公园内。这座表面上看起来平平无奇的公园，其实隐藏着一个秘密基地，那里驻扎着一个小小的正义团队“COLORS”。为了守护上野的和平，赶跑企图策划阴谋的坏人（尽管常常只是她们脑洞大开的想象），团队中的三位可爱活泼的小学女生——结衣、小幸与琴叶，每天都在大街小巷中努力奔波着。“COLORS”的队长结衣（高田忧希 配音）拥有着凝聚人心的气场。虽然平日里是个性格十分胆小、动不动就掉眼泪的好哭鬼，但一旦被真正惹怒，便会展现出非常恐怖的一面。小幸（高野麻理佳 配音）的家中经营着AME横的一间蔬果店。做事咋咋呼呼的她是典型的“身体比头脑先一步行动”类型，总是做些不可思议的事情，也因此常常惹出各种爆笑的乱子。而琴叶（日冈夏美 配音）则是一个彻头彻尾的宅女，不仅游戏机不离手，满脑子还装着各种古灵精怪的危险想法。三位大额头小萝莉组成了这支为保卫上野和平而存在的“COLORS”，奔走在上野的主要街道、小胡同，甚至是一些禁止进入的区域，上演了一出出欢乐逗趣的喜剧故事。