在魔法仍存在的古代，因为人类滥用魔法相互争战而让世界陷入危机，千年前的七贤者便以生命作为代价封印了全世界的魔力。

魔术师的后代们为了取回魔力，每十年一次在满月时各自以魔石进入异世界，驾御自己召唤的魔偶战斗，只有最后一位胜利者才能成为掌控全世界魔力的首席魔术师。

主角小日向满月在一次红月之夜偶然误入了异世界，并认识了魔术师的少女新月·艾妮斯塔·深海，在战斗中满月召唤了自己专属的魔偶白百合（ホワイトリリー），并战胜了罗莎的魔偶(クレストアンス)，令罗莎的魔石碎裂退场。

之后新月和满月交谈才发现满月对魔法根本一无所知，甚至连自己是不是魔术师后代都不知道。

日常平凡没有才能的满月为了做一些只有自己能做到的事，决心成为首席魔术师而参加满月之战。

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作品是以意大利实际存在的学者“伽利略·伽利莱”子孙的三姊妹为主角，所展开的战斗动作冒险故事。标题设计特意加入了“Storia di tre sorelle a caccia di un mistero”这段意大利文。并由梅津泰臣负责原案、监督一职，是其继《危险代理人》后睽违9年的作品。 其“Donna”为意大利语，意指少女、少妇。

2006年开始计划此作品时，标题原本有将“伽利略少女”（ガリレァ‖ール）列入考虑，但怕跟东野圭吾的伽利略系列作品混淆，最终决定使用此名。

西历2061年，全球进入了冰河期初期。居住在意大利托斯卡尼的法拉利三姊妹，有一天被神秘组织袭击，并突然成为了国际通缉犯，三姊妹因此过着逃跑并探索伽利略宝藏之谜的生活。

故事发生在遥远的2061年，自然的破坏使得地球的环境变得十分恶劣，气温骤降大地冰封，在意大利图斯卡纳，居住着伽利略的后代三姐妹。叶月（真堂圭 配音）个性奔放耿直，大大咧咧的她心怀着成为检察官的梦想。神月（大久保瑠美 配音）个性冷淡沉默寡言，拥有极强运动神经的她其实在内心里十分的需要保护。星月（日高里菜 配音）是个高智商少女，对机械颇为精通，三姐妹中要数她的性格最为温柔可人。

一次偶然中，三姐妹遭到了陌生人的突然袭击，而袭击者的目标只有一个，那就是得到传说中的“伽利略的遗产”，可是，对于这笔遗产的存在，三姐妹一无所知。为了不让宝贵的遗产落入坏人手中，本性个性迥异而不合的三姐妹决定合作。

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故事讲述在现实世界昏迷17年的舅舅从异世界归来后，外甥敬文听舅舅口述在异世界的回忆。