《富家女姐姐》是一部带有反转魅力的都市恋爱喜剧。故事讲述了普通上班族陈奇，在某天突然被告知自己有一位从未谋面的“同父异母的姐姐”，而且这位姐姐是顶级财阀的独生女、商界赫赫有名的女强人沈清欢。沈清欢找到陈奇的目的并非认亲，而是要求他“扮演”她的未婚夫，以应付家族给她安排的商业联姻。陈奇为了丰厚的报酬答应了这个荒唐的契约。在扮演过程中，陈奇发现沈清欢看似高冷完美，实则是个生活自理能力为零、内心极度孤独的“笨蛋美人”。两人在假扮情侣的过程中，从互相利用到真心相待，上演了一出出令人啼笑皆非的日常喜剧。而随着契约的深入，他们发现沈清欢父亲的遗嘱里，确实藏着一个关于这个“弟弟”的巨大秘密。
遗嘱公布那天，所有人都以为陈奇会分走大半家产，但沈清欢的父亲在遗嘱最后写道：“我唯一的愿望，是清欢能找到不因财富而爱她的人。”陈奇当场撕掉了自己的那份“报酬”，牵起沈清欢的手说：“钱我一分不要，但这个人，我要定了。”沈清欢哭了，那是她第一次在众人面前哭得毫无形象。
陈奇想向沈清欢求婚，但他买不起钻戒。他花了整整一周，用废弃的电路板和LED灯，亲手制作了一枚会发光的“科技戒指”。他把戒指戴在沈清欢手上时说：“这戒指不贵，但里面的代码是我一行一行写的，代表着从今天到我们八十岁，每一天的日期。”沈清欢看着闪烁的灯光，第一次主动吻了他。
沈清欢在公司年会上被灌醉，陈奇去接她。在车里，平时高冷的女强人突然抱住陈奇大哭，说：“我小时候养过一只兔子，被爸爸扔了，他说玩物丧志……后来我再也不敢喜欢任何东西了，因为我怕它们都会消失。”陈奇听完，把车停在路边，抱了她一整夜。
为了体验普通情侣的生活，陈奇带沈清欢去逛夜市。沈清欢第一次吃到路边摊的烤串，被辣得眼泪直流却兴奋地拉着陈奇说“还要吃”；第一次玩套圈游戏，为了一个丑萌的玩偶花了五百块。那天晚上，沈清欢说：“这是我人生中最开心的一天。”陈奇看着她的笑脸，觉得比任何商业谈判成功都更有成就感。
沈清欢的联姻对象突然出现，当着所有人的面揭穿了陈奇的“冒牌货”身份。陈奇以为沈清欢会为了家族利益放弃他，没想到沈清欢当着所有人的面说：“我知道他是假的，但从今天起，我要让他变成真的。”她挽住陈奇的胳膊，昂首挺胸地走出了宴会厅。
陈奇正在为下个月的房租发愁时，一辆劳斯莱斯停在他面前，一位戴着墨镜的冷艳美女走下来，开口第一句就是：“我是你姐姐。”陈奇吓得手里的包子都掉了。沈清欢皱着眉头看着地上的包子说：“别吃了，跟我回家，家里有米其林三星主厨。”陈奇以为遇到了诈骗，直到DNA报告摆在他面前。