Pada tahun 2015, Organisasi Keamanan Kasdim memanfaatkan para ahli di bidang magis dan duniawi untuk mengamati masa depan umat manusia dari kemungkinan terjadinya kepunahan. Kelangsungan hidup umat manusia tampaknya terjamin untuk abad berikutnya-sampai keputusan itu tiba-tiba berubah, dan sekarang pemusnahan spesies ini menanti di akhir tahun 2016. Penyebabnya tidak diketahui, tetapi tampaknya terkait dengan kota Fuyuki di Jepang dan peristiwa tahun 2004 selama Perang Cawan Suci Kelima.

Sebagai tanggapan, Chaldea memanfaatkan sarana eksperimental untuk melakukan perjalanan waktu, teknologi Rayshift. Dengan teknologi ini, Ritsuka Fujimaru, seorang pemuda yang baru saja direkrut ke dalam organisasi, dan seorang gadis misterius bernama Mash Kyrielight, dapat melakukan perjalanan ke tahun 2004 dan menemukan cara untuk menyelamatkan umat manusia. Perintah besar untuk melawan takdir telah diumumkan-perintah untuk mengubah masa lalu dan memulihkan masa depan.