Totto-chan bên cửa sổ thực ra là cuốn tự truyện của nhà văn Tetsuko, và cô bé Totto cũng chính là bà Tetsuko hồi nhỏ. Đây là câu chuyện hoàn toàn có thật, kể về những con người và sự kiện có thật tại Nhật Bản trong những năm 40 của thế kỷ trước.

Truyện Totto-chan bên cửa sổ kể lại những kỷ niệm tươi đẹp và rực rỡ niềm vui của cô bé Totto dưới mái trường Tomoe thân mến. Không giống như những đứa trẻ khác, mới lên 6 tuổi, Totto đã phải chuyển trường 2 lần. Nói chính xác, em bị đuổi học vì quá hiếu động. Trong giờ học, Totto-chan đóng mở nắp bàn hàng trăm lần mà chẳng nghe cô giáo giảng.

Thỉnh thoảng, em còn đứng cạnh cửa sổ, gọi những người hát rong lại gần lớp học và mới họ hát bài gì đó, cho vui. Cô giáo lo sợ Totto-chan sẽ ảnh hưởng tới các bạn khác trong lớp, và vô cùng phiền lòng vì cô bé chẳng chịu ngồi yên. Thế là, cô giáo gọi mẹ em đến và đề nghị chuyển em sang ngôi trường khác.

Mẹ Totto-chan vô cùng lo lắng vì sợ không có ngôi trường nào muốn nhận em vào học thì có một ngôi trường đặc biệt tên là Tomoe quyết định “cưu mang” cô bé nghịch ngợm này. 

Trường Tomoe là những toa tàu cũ được cải tạo thành lớp học. Ngôi trường này còn đặc biệt vì cả trường chỉ có hơn năm mươi học sinh. Mỗi học sinh là một đứa trẻ khác biệt, thậm chí còn có nhiều bạn là trẻ em khuyết tật nữa.

Ngay buổi đầu tiên đến trường, Tomoe đã làm Totto-chan thích thú vì thầy hiệu trưởng đã dành 4 tiếng của buổi sáng nghe Totto-chan kể hết chuyện trên trời dưới biển. Ở đây chẳng có thời khóa biểu, học sinh thích môn nào thì cả lớp sẽ học môn đó. Những đứa trẻ được tự do phát triển theo sở trường của bản thân. Nhà trường còn thường xuyên tổ chức cắm trại để các em được gần gũi với thiên nhiên xung quanh mình.

Tại ngôi trường đặc biệt này, Totto-chan được quen với những người bạn cũng khác biệt giống mình. Em đã kết thân với Yasuaki, một chú bé bại liệt cả tay và chân. Dẫu vậy, với lòng quyết tâm của hai đứa trẻ, chúng đã cùng nhau leo lên nấc thang cao nhất và tận hưởng “ngôi nhà trên cây” của Totto-chan.

Nhắc đến Totto-chan bên cửa sổ thì không thể không nói đến gia đình tuyệt vời của cô bé. Tetsuko có bố là nghệ sĩ dương cầm, mẹ là vận động viên bóng rổ. Gia đình em còn nuôi chú chó Rocky rất thông minh nhanh nhẹn. Cả nhà đều tạo điều kiện để Tetsuko được lớn lên với đúng khả năng và sở thích của mình.