Nel 2015, la Organizzazione per la Sicurezza Chaldea si avvale di esperti dei campi magici e mondani per osservare il futuro dell'umanità in caso di possibili eventi di estinzione. La sopravvivenza dell'umanità sembra assicurata per il prossimo secolo, fino a quando il verdetto cambia improvvisamente e ora lo sradicamento della specie attende la fine del 2016. La causa è sconosciuta, ma sembra essere legata alla città giapponese di Fuyuki e agli eventi del 2004 durante la Quinta Guerra del Santo Graal. In risposta, Chaldea sfrutta un mezzo sperimentale di viaggio nel tempo, la tecnologia Rayshift. Con essa, Ritsuka Fujimaru, un giovane appena assunto nell'organizzazione e la misteriosa ragazza Mash Kyrielight, possono viaggiare indietro nel 2004 e scoprire come salvare l'umanità. Un grande ordine di combattere il destino è stato dichiarato - un ordine di cambiare il passato e ripristinare il futuro.