第四次圣杯战争即将开始，为赢得圣杯，参战的魔术师互相搜集情报，而可以确定的是此次战争中有远坂家族的第五代当家远坂时臣，圣堂教会的代表言峰绮礼，时钟塔降灵科的讲师肯奈斯，间桐家族继承人间桐雁夜，时钟塔的学生韦伯以及魔术师杀手卫宫切嗣，其中，时臣和绮礼表面是敌人，但私下结成同盟，绮礼要帮助时臣赢得战争。得到圣遗物后，魔术师们以此为媒介召唤英灵加入圣杯的争夺之战 ……

虚伪的战端韦伯成功召唤出英灵 Rider，当被问及将会如何使用圣杯时，韦伯的回答在 Rider 看来是愚蠢和狭隘的，身为 Master 的韦伯气不过可又无可奈何，两人决定先查找其他英灵的所在。另一方面，最后一位 Servant 被杀人狂雨生龙之介召唤出来，圣杯战争正式打响，绮礼开始行动他让 Assassin 暗杀时臣，可却被时臣的 Servant 抹杀。

失去 Servant 的绮礼向圣堂教会请求保护，然而 Assassin 被抹杀这件事根本就是绮礼和时臣的阴谋，他们不过是想让其他 Master 放松警惕，不过，从爱因兹贝伦城来到日本的切嗣在看到关于 Assassin 的影像后，察觉到事情并非那样简单，而与切嗣分头行动的爱丽苏菲尔冒充 Saber 的 Master 以保护切嗣的身份不被暴露，这时，另一位 Servant —— Lancer 向 Saber 发出挑战。

切嗣也到达了 Lancer 和 Saber 的战斗现场暗中观战同时寻找 Lancer 的 Master，期间他看到了应该被消灭了的 Assassin。Lancer 和 Saber 两人胜负难分，Lancer 躲在暗处的 Master 令 Lancer 使用宝具尽快消灭对手结束战斗，可 Saber 毫不示弱，难以速战速决，期间两人也彼此知道了对方的真实身份，在远处观战的 Rider 终于按捺不住，冲入战场。

Lancer 的 Master 对和 Rider 随行的韦伯一阵羞辱，原来 Lancer 的 Master 就是韦伯的老师肯奈斯，Rider 对那些藏匿于黑暗的敌人表示蔑视，这时，Archer 和 Berserker 出现，可二人刚开战 Archer 就被时臣用令咒强制撤退，Berserker 突然暴走袭击 Saber，但被 Rider 阻止而撤退，战场一片混乱，识趣的肯奈斯也命 Lancer 离开。在另一个地方，Caster 从水晶球看到 Saber 认定她就是贞德。

Saber 表明自己不是贞德后，Caster 精神倍受打击，便和龙之介陷入了更加丧心病狂的杀人中，但他们的行踪也被 Assassin 反应给了圣堂教会，作为圣杯之争监督言峰璃正，决定发动其他 Master 先除掉违反规则的 Caster。另一边，切嗣为除掉肯奈斯在他的住所放了火，但行动中差点被绮礼抓到。

圣杯之争的监督言峰璃正更改规则，正式通知各位 Master 暂时停止争斗，全力围剿 Caster，并以令咒作为奖励。切嗣和爱丽丝菲尔汇合商量接下来的对策时，Caster 以一群孩子为人质将 Saber 引诱出来，由于 Caster 拥有统领恶魔军队的法术，Saber 吃力迎战，这时，Lancer 赶来援助。而肯尼斯此次前来的目的是想趁机消灭 Saber 的 Master。

舞弥和爱丽丝菲尔刚出城堡就遇上了入侵者绮礼，二人为保护切嗣虽拼尽全力，可还是不敌身为魔术师杀手的绮礼。与此同时，Saber 以“风王铁锤”为 Lancer 开路，趁此机会 Lancer 一招制敌，将 Caster 的宝具划破，见势不妙 Caster 先行逃跑，战斗暂时结束，Lancer 急忙赶去救走被切嗣重创的 Master，而 Saber 也赶去爱丽丝菲尔身边。

由于中了切嗣的起源弹，肯尼斯失去全身的魔力回路，再也无法使用魔术，他的未婚妻索拉趁此机会将他的令咒强行夺取，成为了 Lancer 的 Master。另一边，韦伯发现冬木河口附近有异样，深入调查后发现了 Caster 的老巢，谁想却在这里遭到了 Assassin 的袭击，离开时，Rider 一把火将这里烧掉。

因为要参加圣杯战争，时臣将妻子葵和女儿凛送离冬木市。某日，凛的好朋友琴音突然消失，凛非常担心便只身一人前往冬木寻找音琴，按照父亲送她的魔力针的指引，她一路找到一个地下酒吧，虽然找到音琴，却也被杀人狂龙之介发现，打斗中凛魔力爆发破坏了龙之介的手镯，成功将大家解救。

切嗣去找肯尼斯时，Rider 来到城堡找 Saber 喝酒，Archer 也应邀而来，三人席地而坐，畅谈王者之道。当 Saber 道出自己的愿望是要推翻不列颠灭亡的历史，拯救自己臣民时，却被 Rider 的一番话所震撼，所谓王者不能压抑自己的欲望，要一览无余的展现自己的魅力，对于臣民来说也并非一味的拯救而是要有正确的引导，这时，Assassin 来袭，Rider 使用宝具“王之军势”向 Saber 展示何为王者，并将 Assassin 消灭。

时机已到，时臣不再躲在暗处而是准备利用 Archer 的力量消灭其他 Master。绮礼在和 Archer 的问答中，被压抑的欲望和野心渐渐苏醒，并在 Archer 的言语引诱下意识到自己的愉悦，这时，绮礼手上出现令咒，他被圣杯选为新的 Master。另一边，切嗣为爱丽丝菲尔和 Saber 找到了新的活动据点。

Rider 的记忆流入韦伯的梦里，韦伯决定带他去闹市逛逛，回来的路上，韦伯因弱小的自己身为 Rider 的 Master 而感到自卑，Rider 却安慰他自卑正是胸怀霸道的征兆。而另一边，Caster 和龙之介也计划实现他们的“美学”，Caster 在未远河召唤出巨大的怪物，Rider，Saber 和 Lancer 有所感应聚在一起，暂时休战齐心合力对付 Caster。

时臣和 Archer 虽到达未远河，可不论时臣如何劝说 Archer 都不愿再出手，这时 Berserker 出现攻击 Archer，二人开始在空中打斗，时臣找到雁夜，当雁夜问及樱的事时，时臣的冷漠让他恼羞成怒。Caster 的攻击越来越强烈，他凭借着无限再生能力的不死之身，让 Saber 等人陷入苦战，当龙之介被躲在暗处的舞弥杀害后，Caster 也愈发疯狂。

Rider 等人对这个大家伙束手无策，便决定暂时撤退，再作商议，他用“王之军势”把 Caster 控制在固有结界以拖延时间，而接下来的行动就交给 Saber 等人了，这时，切嗣打来电话提醒 Lancer 解开 Saber 左手的诅咒，解除之后 Saber 使用宝具誓约胜利之剑将 Caster 一招击毙。另一边，雁夜被时臣打成重伤，暗中观战的绮礼本想杀掉他，可想到 Archer 的话，又改变了主意。

肯尼斯从言峰璃正那里重新得到一枚令咒后，大肆斥责 Lancer 没能保护好索拉。这时，Saber 驱车前来，两人决定一决雌雄，专心迎战的 Lancer 没注意到，在另一边切嗣正以索拉为质胁迫肯尼斯签订强制咒文，Lancer 因肯尼斯消耗掉剩下的所有令咒而满怀怨恨的自杀离去，肯尼斯最终还是被舞弥射杀害。Saber 对切嗣万分失望，切嗣离开后，爱丽丝菲尔突然昏倒。

言峰璃正被杀后，绮礼按照父亲留下的暗号将所有令咒转移到自己身上。另一边，爱丽丝菲尔答应了时臣发出的结盟邀请，但条件是让绮礼退出圣杯战争，绮礼虽口头答应但是他私下和 Archer 两人早有谋害时臣之心，在与时臣道别的晚上，绮礼用时臣送他的短刀了结了自己恩师的性命，并和 Archer 缔结新的契约。

切嗣曾经和父亲幸福的生活在一座小岛上，少女夏莉是父亲的助手同时也是切嗣心仪的对象。但平静的生活很快被打破，夏莉因父亲的试验而变成了食尸鬼，代行者和魔术师各怀鬼胎将这个全是食尸鬼的村庄烧毁，无助的切嗣为阻止父亲继续研究死徒，亲手弑父，之后跟随着他的救命恩人娜塔莉娅离开。

离开小岛后，切嗣和娜塔莉娅相依为命，并逐渐走上了和她相同的道路。在某次委托中，娜塔莉娅接到了暗杀驱使蜂之使魔波尔扎克的任务，她在飞机上轻松杀掉波尔扎克，原以为任务顺利完成，可没想波尔扎克竟将毒蜂装入自己体内，全飞机的人除娜塔莉娅以外都变成了食尸鬼，为了不让悲剧扩大，切嗣在飞机降落前忍痛将其轰进了大西洋。

爱丽丝菲尔的身体逐渐崩坏，只能静躺在魔法阵之中，切嗣从她身上取走剑鞘后便前往时臣的住所，在埋伏和潜入过程中，切嗣意识到时臣已死，这时，舞弥打来电话说 Rider 掳走夫人，切嗣使用令咒让 Saber 赶去仓库，而此时的舞弥已是奄奄一息，她拒绝了 Saber 的治疗并让她去追夫人，舞弥在见到切嗣最后一面，安心离去。