Được Thiết lập một thế giới song song với Fate / stay night nơi Chén Thánh huyền bí biến mất khỏi Fuyuki sau Chiến tranh Chén Thánh Third Holy Grail. Sau nhiều năm yên bình, khoảng thời gian Chiến tranh Chén Thánh thứ năm đã xảy ra, Yggdmillennia, một gia đình ma thuật, tuyên bố công khai việc ly khai khỏi hiệp hội Mage và họ đang nắm giữ Chén Thánh
Sau sự sụp đổ của tổ chức Museum, tuy việc sản xuất và phân phối Gaia Memory, thiết bị cho người sử dụng khả năng biến thành quái vật với sức mạnh to lớn, đã bị ngưng lại. Dù thế nhưng các Gaia Memory còn sót lại vẫn được bán tại chợ đen và tiếp tục gây ra những hiện tượng kì lạ cho thành phố Fuuto.
Maebara Keiichi chuyển đến sống tại làng Hinamizawa thanh tịnh và nhập học vào một ngôi trường tổng hợp tất cả các khối lớp. Cậu là thành viên nam của một clb toàn nữ. Tưởng chừng như đó là một cuộc sống học đường đầy niềm vui, Keiichi vô tình phát hiện ra một sự thật thần bí bị che đậy bởi bạn bè cậu và ngôi làng. Vụ giết người hàng loạt Hinamizawa.
Nakajima Atsushi bị tống cổ ra khỏi trại trẻ mồ coi, đang trên bờ vực của cái chết khi thì quyết định đi cướp để tự cứu sự sống của mình nhưng cậu đã vướng vào rắc rối khi cứu đc thánh cuồng tự tử -Dazai Osamu, để rồi biết anh ta và cộng sự của anh ta là Kunikida là thành viên của một tổ chức "đặc nhiệm thám tử". Họ là những người sở hữu năng lực vượt ngoài tầm của nhân loại.
Câu chuyện xoay quanh nhân vật chính là Lord El-Melloi II, chính là Waver Velvet trong Fate/Zero đã trưởng thành và là người kế vị của Kayneth, cùng với người học việc của Lord El-Melloi II là Gray. Câu chuyện diễn ra tại Clock Tower – Trụ sở của hiệp hội Pháp Sư tại Anh. Tại đó, Lord El-Melloi II và Gray đã giải được nhiều vụ án bí ẩn của vùng đất phép thuật quanh hiệp hội Pháp Sư.