Hace diez años, Shirō quedó atrapado en un enorme incendio que incinera a su familia y consume una gran porción de la ciudad de Fuyuki; El se salva gracias a la intervención de Kiritsugi Emiya, que adopta a Shirō y con el paso del tiempo, revela su identidad como Mago a Shirō. Kiritsugi intenta enseñar a su hijo magia, pero se descubre que Shirō no tiene talento para la mayoría de los hechizos fundamentales. Kiritsugi muere sin poder enseñar magia a su hijo y la terribles guerras de magos que azotan a la ciudad de Fuyuki regularmente donde 7 magos luchan por la obtención del Santo Grial, un cáliz legendario capaz de conceder cualquier deseo. Las últimas cuatro Guerras del Santo Grial han ocurrido cada sesenta años, la más reciente habiendo acabado hace diez años, pero la quinta guerra comienza prematuramente.

Estos magos, conocidos como masters (amos/maestros), son asistidos por entes espirituales conocidos como servants (sirvientes), quienes son reencarnaciones de almas legendarias de toda la historia de la Humanidad. Estos sirvientes, además de poseer habilidades superhumanas, pueden utilizar los Noble Phantasms , reliquias o habilidades con un increíble potencial mágico. El poder interno de un Noble Phantasm puede ser invocado pronunciando su verdadero nombre, sin embargo, los Noble Phantasms famosos usualmente delatan la verdadera identidad del sirviente, disminuyendo la ventaja en combate que supone desconocer la identidad del adversario. Sirvientes legendarios concretos pueden ser convocados con ayuda de un catalizador, que pueden ser reliquias, ideas o experiencias similares a las vividas por el sirviente. Sólo un individuo puede poseer el Santo Grial, así que maestro y sirviente deben pelear contra los equipos rivales a muerte.

En esta película el argumento se desvía a la segunda linea argumental del juego en el cual se basa la obra, donde Tohsaka Rin será el personaje principal femenino.