Cô Ấy Độc Nhất Hữu Nhị kể về Cố Cửu Lễ là một kỹ sư AI tài năng, lạnh lùng và ít giao tiếp. Anh thành lập công ty Cửu Thiên Khoa Học với mục tiêu phát triển robot chăm sóc. Trong một lần tình cờ, anh gặp Hác Tịnh, một sinh viên thực tập giáo dục mầm non vui vẻ, nhiệt tình và đam mê ca hát.

Hác Tịnh vì muốn giúp đỡ mẹ che giấu một bí mật mà buộc phải che giấu thân phận thật của mình với Cửu Lễ. Bằng cách sử dụng trí tuệ nhân tạo, Cửu Lễ tạo ra một phiên bản AI ảo của Hác Tịnh tên là Hạo Tinh. Hạo Tinh có ngoại hình giống hệt Hác Tịnh nhưng tính cách lại hoàn toàn khác biệt, lạnh lùng và bí ẩn.

Cửu Lễ dần nảy sinh tình cảm với Hạo Tinh, trong khi vẫn không hề hay biết về sự tồn tại của Hác Tịnh. Khi bí mật dần hé lộ, Cửu Lễ phải đối mặt với sự lựa chọn giữa hai người phụ nữ với hai tính cách hoàn toàn khác biệt.