Tiếp theo câu chuyện của 2ss trước, thánh Keima lần này sẽ tập trung vào chuyện nữ thần, tuy nhiên anime bị skip quá nhiều các bạn nên đọc manga để hiểu rõ nhé
Một ngày nọ, cậu học sinh cao trung mê game, cuồng kẹo Shiroyanagi Akira bị kéo vào một trận chiến bởi một cô gái bí ẩn tự xưng là Mion. Những người tham gia được thông báo rằng họ đã "bị xóa tên khỏi hộ khẩu gia đình, tham gia vào một thí nghiệm và được ban sức mạnh đặc biệt.
Anime được thực hiện theo bản visual novel phát triển bởi 5bp và Nitroplus, Chaos;Head là một câu chuyện về một kẻ giết người(ảo giác) kì bí, mang những nhân tố mạnh như máu đông,xung đột tâm lý và giả tưởng. Game sử dụng một nét đặc trưng gọi là "delusional trigger", thứ cho phép người chơi điều chỉnh realness với surrealness thông qua perspective của nhân vật chính ,thứ tác động trực tiếp vào cốt truyện.
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
Một thế giới tồn tại những Người điều khiển (Meisters) và những Người biến thành vũ khí (Weapon), câu chuyện xoay quanh 3 nhóm nhân vật, là học viên của Shibusen (trường đào tạo Meisters và Weapon do Tử thần thành lập), nhiệm vụ của họ là thu thập đủ 99 linh hồn xấu xa và 1 linh hồn phù thuỷ để biến vũ khí thành Lưỡi hái Tử thần (Death Scythe)