故事发生在虚构的城市空崎市，在那里，存在着一支由身手矫健的少女们所组成的特工组织“月影”，每天入夜，少女们的身影便会在月亮的映照下穿梭在城市的角角落落，守护这座城市与市民们的安全。犯罪组织“魍魉”一直对空崎市虎视眈眈，屡屡进犯，他们是月影最大也是最难对付的对手。　　源桃（安斋由香里 配音）是一名高中二年级的学生，本来 平凡无异的她，凭借着自己的特殊能力，在机缘巧合之下加入了月影。在那里，她结识了个性认真严谨的半藏门雪（沼仓爱美 配音）、积极向上的相模枫（藤田茜 配音）和桀骜不驯古灵精怪的八千代命（洲崎绫 配音）等人。

在公元2015年，一个魔术尚存的最后时代之中。人理继续保障机关「Chaldea」，透过近未来观测镜「Sheba」突然发现人类即将在接下来的2016年中毁灭。为了针对异象及时空特异典进行解析及干涉，他们利用被统称为「Grand Order」的禁忌仪式，将术师灵子化之后送回过去，只为阻止人类历史就此中断。　　被扭曲的冬木圣杯战争，Saber（阿尔托利亚·潘德拉贡）黑化并杀掉Caster以外的所有从者顺道灭了整个冬木后在大空洞等待Caster的来临。这次战争的Caster为库·丘林，他个人表示如果职阶是Lancer就能秒杀黑Saber，因为主角，玛修和奥尔嘉玛丽的介入，成功停止了这场疯狂的圣杯战争，但Saber和Caster双双消失意味着这场战争没有人获得圣杯。关卡最后消灭了奥尔嘉玛丽灵魂的雷夫加上这次战争的Saber也认识Grand Order，到底是…？