Gli Einzbern, una delle tre famiglie fondatrici, dopo tre tentativi falliti, desiderano a tutti i costi impadronirsi del Santo Graal, decidendo quindi di arruolare l'odiato assassino di maghi, Kiritsugu Emiya, nonostante non siano ben visti i suoi discussi metodi d'azione e l'ormai consolidata reputazione di mercenario e assassino spietato: si dice che impieghi qualsiasi mezzo necessario per raggiungere i propri obiettivi. Tuttavia, negli otto anni di preparazione per la guerra, Kiritsugu si innamora di Irisviel von Einzbern, colei che per la sua natura da Homunculus diverrà la coppa del graal, con la quale ha una figlia: Ilyasviel von Einzbern. A quel punto l'assassino si troverà ben presto profondamente diviso fra l'amore che prova per la sua nuova famiglia e ciò che dovrà compiere per ottenere il Santo Graal.
Anche un'altra delle famiglie fondatrici, i Tohsaka, si stanno preparando alla guerra. Il capofamiglia Tokiomi Tohsaka è intenzionato a ottenere la reliquia per raggiungere finalmente l'Akasha, per ascendere finalmente ad un livello superiore, ovvero la massima ambizione per un mago. Esso trova appoggio da padre Risei Kotomine, l'inviato dalla chiesa come supervisore della guerra, e da suo figlio, l'esecutore Kirei Kotomine, anche lui scelto dal graal come master; Un uomo in grado di provare piacere solo nella sofferenza altrui, ma che tuttavia ha trascorso la sua intera vita combattendo contro la sua mostruosa natura. Quest'ultimo ha fin da subito puntato gli occhi su Kiritsugu giudicandolo spirito affine e possibile risposta al tormentante sentimento di vuoto che prova.
Come master della famiglia Matou, viene invece scelto Kariya Matou, un uomo semplice e con un debole potere magico, ma che decide comunque di partecipare alla guerra ricattato dal capofamiglia, il vecchio e inquietante Zouken Matou, con l'unico obiettivo di salvare la sua nipote acquisita Sakura dai terribili esperimenti magici basati sui vermi che il nonno vuole imporgli.
Intanto, venuto a conoscenza dell'imminente guerra, l'arrogante mago e professore dell'associazione dei maghi di Londra, Lord Kayneth El-Melloi Archibald decide di prendervi parte così da aumentare il suo prestigio e quello della sua secolare casata. Sfortunatamente un suo allievo diciottenne Waver Velvet, desideroso di rivalsa dopo una pesante derisione pubblica, decide di rubare il catalizzatore del professore, così da poter partecipare anche lui alla guerra, per quanto con pochissima esperienza.
Quando il settimo Master non viene rivelato, il Graal stesso decide di conferire il titolo all'efferato serial killer Ryunosuke Uryu, un uomo dedito alle stragi e agli infanticidi ma senza nessuna nozione sulla magia, ma che trova fortuna nel vedersi evocato un servant dall'indole molto simile.
A quel punto la trama si sviluppa attraverso combattimenti cruenti così come introspezioni, colpi di scena e rivelazioni, giungendo infine a riallacciarsi nel finale con gli eventi che dovrebbero essere già noti e narrati in Fate/stay night.
