本作は、スクールアイドルグループ「μ's」のメンバーである高坂穂乃果（声 - 新田恵海）、絢瀬絵里（声 - 南條愛乃）、南ことり（声 - 内田彩）、園田海未（声 - 三森すずこ）、星空凛（声 - 飯田里穂）、西木野真姫（声 - Pile）、東條希（声 - 楠田亜衣奈）、小泉花陽（声 - 久保ユリカ）、矢澤にこ（声 - 徳井青空）の9人を中心にストーリーが展開している。

プロデュース面では原作のプロジェクトを支える3社に加え、バンダイビジュアルとブシロードが製作に参加している。また、読売テレビの子会社である読売テレビエンタープライズも協力に参加している（第1期のみ）。シナリオ面では原作の公野櫻子やそれまでのCDでボイスドラマシナリオを担当した子安秀明に代わり、花田十輝がシリーズ構成に参加している。ビジュアル面では原作の室田雄平に加え、西田亜沙子がキャラクターデザインとアニメーションディレクターに、愛敬由紀子がデザインワークスにそれぞれ参加しており、アニメーション制作も彼女らが多く関わってきたサンライズ第8スタジオが担当している。

地上波・BS放送での提供クレジットは、μ'sのメンバーが担当している。ただし、メンバーの違いによる読みの変化はなく、「この番組は、ご覧のスポンサーの提供でお送りします」という標準の言い回しで統一。

また、文字多重放送を実施している。

当初、花田十輝は『けいおん！』の経験から日常系のゆるやかな作品を構想していたが、京極尚彦監督の「女の子の成長ドラマをきちんと描きたい」という意向を受けて構成を改めた。このテーマを活かすため、メンバー内での先輩になる3年生キャラクターの性格は再検討が行われ、絵里が父親役で希が母親役、にこはアイドルとしての自分を作っているという役回りになった。さらに成長ストーリーとして徹底するため、劇中での目標だったアイドル大会出場は断念し、逆境での心境を描く展開となった。ファンからは「μ'sが大会に出場するところも見たかった」という声も寄せられたが、仮に出場するところを描いたとすると第8話以前の内容を削る必要があり、京極は「あれ以上駆け足で描きたくはなかった」と語っている。

放送開始に先駆け、2012年12月31日19時にTOKYO MXとBS11で同時放送した特別番組『ブシモ 大晦日アニメまつり』では、番組内の1コーナーとして高坂穂乃果役の新田恵海によるナレーションで本作の紹介が行われた。また、テレビアニメ化を記念して2013年1月26日から2月24日まで、期間限定イベント「秋葉原×ラブライブ！μ'ｓおすすめのお店をまわってステッカーをGETしよう！PART3」が開催された。アニバーサリークッキーの販売に併せ、キャンペーンに参加する秋葉原の9店舗ではイメージガールとなったμ'sメンバーのオリジナルステッカーの配布が実施された。

2013年4月から2014年1月にかけて（中断時期を含む）放送された特撮テレビドラマ『ファイヤーレオン』は、ブシロードが製作を担当したことからキャストに本作の関係者が含まれており、背景には本作のポスターがよく登場していた。

第2期は、2013年6月16日にパシフィコ横浜国立大ホールで開催された「μ's 3rd Anniversary LoveLive!」にて制作が発表された。その後、2014年2月8日、2月9日にさいたまスーパーアリーナで開催された「μ's→NEXT LoveLive! 2014〜ENDLESS PARADE〜」にて2014年4月から放送を開始することが正式に発表された。直前特番として、「春もえがおで1,2,Jump!」が放送・配信された。

劇場版の公開に先立ち、テレビアニメ第1期と第2期のあらすじ動画がランティスにより公開された。

第1期を収録したBDが、2013年3月22日から9月25日まで発売された。初回限定特典として、キャラクターソングCDが封入されているほか、奇数巻にのみ書き下ろし小説が付属する。小説の内容の体裁は単行本『School idol diary』と同じで、1冊あたり3人のメンバーの活動日誌が2編ずつ収録されている。第7巻にはチケット最速先行抽選申込券が封入された。

第2期を収録したBDが、2014年6月20日から12月25日まで発売された。初回限定特典として、第1巻にはチケット最速先行抽選申込券が、第7巻にはファンミーティングツアー最速先行抽選申込券が封入された。

2013年12月25日には、テレビアニメ第1期のダイジェスト版を収録したファンディスク『ラブライブ！ 〜国立音ノ木坂学院案内〜』が発売された。なお、DVDについてはセル版はなく、レンタル版のみで2013年4月24日からリリースされている。収録内容は本編のみ。レンタル版には第1期、第2期共に第1話から第3話までが第1巻に収録され、その後は各巻2話ごと収録されており、全部で各6巻となる。

2019年10月25日、1期・2期・劇場版、その他特典映像をひとつのBlu-rayパッケージに纏めた『ラブライブ！9th Anniversary Blu-ray BOX』が、初回限定生産で今までの各特装限定版の特典CDの楽曲と各ソロバージョンを収録したCDと各特典映像のBlu-rayも付属した「Forever Edition」（BCXA-1494）及び期間限定生産の「Standard Edition」（BCXA-1493）の2形態で発売された。

第1期は、2013年9月25日に発売された『ラブライブ！ 7【初回限定版】』が2013年10月7日付のオリコン週間BDランキングでシリーズ初となる1位になった。また、Newtype×マチ★アソビ アニメアワード2013にて西田亜沙子・室田雄平がキャラクターデザイン賞を授賞。

第2期は、2014年6月20日に発売された『ラブライブ！ 2nd Season 1【特装限定版】』が初週8.2万枚を売り上げ、2014年6月30日付のオリコン週間BDランキングで1位になった。また、第19回アニメーション神戸賞にて作品賞を授賞。