Die OVA "Dollhouse" erzählt eine düstere und psychologisch geprägte Geschichte, die in einer dystopischen Zukunft spielt. Die Handlung dreht sich um eine Gruppe von Menschen, die in einer abgeschotteten Einrichtung leben, die als "Dollhouse" bezeichnet wird. Diese Einrichtung dient als Experimentierfeld, in dem die Bewohner einer strengen Kontrolle unterworfen sind und ihre Identität sowie ihre Erinnerungen manipuliert werden. Die Protagonisten sind gezwungen, in einer künstlich geschaffenen Realität zu existieren, die von den Betreibern des Dollhouses gesteuert wird.

Die Hauptfigur, ein junger Mann namens Kōhei, wird in diese Einrichtung gebracht, ohne sich an seine Vergangenheit erinnern zu können. Er trifft auf andere Bewohner, darunter eine mysteriöse Frau namens Yūko, die scheinbar mehr über die wahren Absichten des Dollhouses weiß. Im Laufe der Geschichte wird deutlich, dass das Dollhouse ein Ort ist, an dem die menschliche Psyche erforscht und manipuliert wird, oft mit grausamen Methoden. Die Bewohner werden gezwungen, traumatische Erfahrungen zu durchleben, während ihre Erinnerungen gelöscht oder verändert werden.

Kōhei beginnt, die Absurdität und Grausamkeit seiner Umgebung zu hinterfragen, und versucht, die Wahrheit über das Dollhouse und seine eigene Identität herauszufinden. Dabei stößt er auf Widerstand sowohl von den Betreibern der Einrichtung als auch von anderen Bewohnern, die sich an die künstliche Realität angepasst haben. Die Handlung entwickelt sich zu einem Kampf um Selbstbestimmung und Freiheit, während Kōhei und Yūko versuchen, den Schleier der Manipulation zu durchdringen und einen Ausweg aus dem Dollhouse zu finden.

Die OVA behandelt Themen wie Identitätsverlust, die Natur der Realität und die ethischen Grenzen wissenschaftlicher Experimente. Die Charaktere sind komplex und oft von ihren eigenen Ängsten und Traumata geplagt, was die düstere Atmosphäre der Geschichte verstärkt. Die Handlung ist geprägt von unerwarteten Wendungen und einer zunehmenden Intensität, die den Zuschauer in die psychologische Tiefe der Charaktere und die moralischen Dilemmata der Geschichte eintauchen lässt.