Le jeu se déroule dans une école nommée Tsukumihara Académie, un lieu fictif existant avec un environnement artificiel appelé le Moon Cell. Il s'agit d'une réplique de la Guerre du Saint Graal, utilisant un système appelé SE.RA.PH, qui gère l'invocation de Servant. 

C'est un système informatique spirituel construit sur la lune par une civilisation pré-humaine, le Moon Cell Automaton, et découvert par les humains dans les années 2032.

Les 128 participants à la guerre doivent s'affronter au cours de duels entre leur Servant, dans un endroit appelé l'Arène, jusqu'à ce qu'il ne reste qu'un seul vainqueur. Il obtiendra le Saint Graal, dont le pouvoir pourra réaliser son souhait.