电视动画片《义妹生活》根据三河Ghost著作的同名轻小说作品改编，由上野壮大执导，广田光毅担任总编剧，仁井学负责角色设计，Studio DEEN负责制作，配音沿用在《义妹生活》官方YouTube频道公开的视频中的阵容，于2024年7月4日至9月19日在东京首都电视台等频道播出，共12集。

动画版中有很多原创的要素，补充了原作者“在写小说时可能遗漏的部分”。关于悠太的家庭环境及其内心深处的缺失，上野导演和原作者进行了充分的沟通。

在悠太告白后，沙季对悠太说“你的感情不是恋爱而是对妹妹的关心吧”，然后悠太无法反驳。小说原著中，这之后两人停止了对话，悠太在沙季准备出门上学时追到玄关，沙季低声说“我不讨厌你”，并拉着悠太进了自己的房间。但在动画版中，沙季在说完“对妹妹的感情稍微表现得过于强烈了吧？”之后，看到悠太沉默，直接说了一句“抱歉”，就逃回了自己的房间。原作者认为，密室象征着大脑，动画版的这一改动进一步强调了两人即将深入彼此的内心，进行真正的心灵沟通。后续沙季流泪的画面是导演在分镜阶段加进去的原创内容。

动画版与小说版之间的一个重要区别在于第7集。动画版中，制作组没有将日记部分直接插入第2卷的情节后面，而是与第3卷的内容交叉，使沙季的嫉妒感得到了更强的表现。

第12集开头是喜欢沙季的新庄圭介的告白场面。原作者三河Ghost称，新庄这个角色在刻画时避开了“好家伙”和“讨厌的家伙”的标签，只是将其作为对沙季告白的同班男生来表现。动画版彻底避免了“强制性地引导观众对人物的印象朝某一方向发展”这种表现手法。这并不是关于人物的现实性与非现实性的对立，而是为了将人物引向更加真实的“存在感”。动画版删掉了新庄得知悠太和沙季是兄妹关系的情节。第12集结尾悠太握着沙季的手说出的话也是动画版原创的内容。第12集标题《　与　》中的空白则象征悠太和沙季之间一种无法用言语形容的关系。

为了摄制第1集开头的场景以及片中的实拍画面，制片主任张润隆和导演上野壮大一起去涩谷进行了实地取材。

小泽和则被角色设计仁井学和主作画太田衣美邀请，参加了片头场景原画的制作，虽然仅负责了副歌部分花田的2个镜头，但花田和花瓣都是手绘，而且小孩奔跑的作画难度很高，所以实际画起来并不轻松。第2集中，导演给太田衣美下了画硬煎蛋的指示，所以试着画了10个左右的煎鸡蛋，发现了导演喜欢的煎鸡蛋的硬度和颜色，之后才开始作画，还和色彩设定的负责人在草稿阶段进行了颜色区分的协商。第2集水星高中的场景，为了在教室的墙壁、地板、走廊、储物柜里表现出使用痕迹感而在素材中加入了伤痕、凹陷，而桌子、椅子的颜色、形状也不一致，表现出不同年代不同种类的东西在一个教室里被使用的状态。第3集的日记部分，并非是简单地重复之前的场景，大部分内容都是全新绘制的，通过沙季的视角重新描绘了第1至3集中的事件。当原作者听到上野导演希望在沙季的房间里设置鱼缸，且让沙季养青鳉时，他毫不犹豫地同意了。他们认为，青鳉的存在是一种象征，代表着某种需要表达的隐喻；青鳉的品种也有其特殊意义。第3集有沙季在浴室里舀水的镜头，太田衣美和导演反复交流后，决定必须用手和热水来表现沙季的感情。第5集剧中剧的角色、颜色、背景、光影等全部按与正片不同的风格进行表现，音乐场景的作画参考了小提琴演奏家的视频。第8集在吐司上涂黄油的场景，太田衣美请了工作室的前辈来帮忙作画。

玉城清登负责了主中间画检查，但该片的镜头数较少，而需要返工的内容量很大，所以玉城还请作画监督来帮忙做了中间画参考。片尾动画通过类似水彩画的3D技法制作，具有独特的视觉效果，画面中的人物象征着悠太和沙季的关系。

吃饭的场景连看不到手边的场面的菜单都被细致地设计了，而录音室也准备了同样的饭菜录音，每次都和两人吃同样的东西（也有使用替代品的情况）。在第4集，制作团队特别请了一位作曲家（不同于YouTube版）创作洛菲嘻哈风格的曲目。

第12集配音进入尾声，正当在场人员都在庆祝时，录音指导小沼则义突然说自己忘记给路人角色安排配音演员，顺势让三河Ghost参加了录制，出演便利店店员，第一遍录制时小沼提出了一些建议，实际通过的是第二遍录制的版本。

2024年5月2日，该片在东京都举行先行上映活动，除提前播放第1集外，上映后还举行三河Ghost出演的对话环节。

2024年6月23日，YouTube的KADOKAWAanime频道播出“世界最早在线上映会”，提前播放第1集到第3集。另播出配音演员的对话节目。

该片于2024年7月4日起播放、上线。

另外，该片由d动画商店、U-NEXT和动画任看，提前于地面波播放。

其它各平台于北京时间2024年7月9日21:00开始，依次提供点播服务。