《我的妹妹不可能那麼可愛》的結局是京介和桐乃在教堂舉辦了屬於她們兩人的祕密婚禮，但隨後按照之前的約定分手，結束了這段戀情。這個決定是桐乃爲了讓京介獲得幸福而做出的，而京介則不想就此結束，因爲他覺得一對能互相喜歡的兄妹是世界上絕無僅有的，他發自內心地喜歡桐乃，並希望桐乃獲得幸福。因此，京介決心要和桐乃在一起，並且未來無論遇到什麼困難，都不會和桐乃分開。
此外，小說的其他角色也有各自的結局，例如：
麻奈實向京介表白後，兩人和好，一直白頭偕老。
黑貓和京介在夏COMI上成功出展，並宣佈了他們正在交往。
桐乃在夏COMI上爲京介獻上了一首歌。
紗織和京介結婚了。
凌瀨主動要求人生商談，最後凌瀨懷上了京介的孩子。
加奈子向京介表白，但京介沒有做出回應。
總的來說，《我的妹妹不可能那麼可愛》的結局是一箇複雜的情感糾葛，涉及多角戀情和兄妹間的深厚情感。儘管京介和桐乃的結局是分手，但他們之間的愛情故事仍然深深地影響着其他角色和讀者。