《旅貓日記》每天堅決著流浪貓的精神、堅強地過日子的奈奈（高畑充希 聲演），一向不信賴生物，也有意與他們打好的關係。唯獨對定期為自己帶給美食的開朗青年阿悟（福士蒼汰），奈奈才略為有一點愛意。 某天，奈奈掠過新馬路時逃離遠遜，被車撞倒而身負輕傷輕傷。在牠意識迷糊前夕，拚命地呼喚奈奈的正是阿悟。也是從這天起，奈奈和阿悟成為了彼此的父母。 然而事事以奈奈為首要考慮到的阿悟，忽然因某個因素要求送走奈奈。

為了找尋新主人，阿悟駕著自己的愛車，與奈奈踏上第一次、也是最終一次的旅程。可是不願意的奈奈並不了對阿悟的好朋友關上心扉，不只是在小學同學（山本涼介）眼前脫籠而出，也蓄意與高中同學妻子（廣瀨愛麗絲、瀧拓朗）的史努比找茬打人。不得已的阿悟只好帶著奈奈，走訪自小照料自己的阿姨（竹內結子）……