Pada 2015, Organisasi Keamanan Chaldea memanfaatkan para ahli dari bidang magis dan duniawi untuk mengamati masa depan umat manusia untuk kemungkinan peristiwa kepunahan. Kelangsungan hidup umat manusia tampaknya terjamin untuk abad berikutnya — sampai vonis tiba-tiba berubah, dan sekarang pemberantasan spesies menunggu pada akhir 2016. Penyebabnya tidak diketahui, tetapi tampaknya terkait dengan kota Fuyuki Jepang dan peristiwa tahun 2004 selama Perang Cawan Suci Kelima.
Sebagai tanggapan, Chaldea memanfaatkan sarana eksperimental perjalanan waktu, teknologi Rayshift. Dengan itu, Ritsuka Fujimaru, seorang pemuda yang baru direkrut ke organisasi, dan gadis misterius Mash Kyrielight, dapat melakukan perjalanan kembali ke tahun 2004 dan menemukan cara untuk menyelamatkan umat manusia. Perintah besar untuk melawan nasib telah dinyatakan — perintah untuk mengubah masa lalu dan memulihkan masa depan.
