Ce film reprend la seconde version de l'histoire du visual novel de Fate/stay night. Il est important d'avoir vu la série avant afin de cerner tous les aspects de l'œuvre. On retrouve donc dans ce film la guerre du Graal à laquelle Shirô Emiya, un garçon idéaliste, se trouve embarquer en tant que magicien et maître de Saber contre son gré. Il s'alliera rapidement avec Rin Tôsaka et son servant, Archer. L'histoire se concentre ici sur la relation entre Shirô, Rin et Archer.

L'histoire se déroule dans un futur proche et suit 6 adolescents qui, grâce à leurs invocations, comptent bien s'opposer aux envahisseurs qui tentent de prendre possession de leur monde.