A.D. 2016, as fundações da humanidade foram incineradas pelo Rei Mago Salomão. A Chaldea, uma organização secreta de magos com a missão de preservar o futuro da humanidade, previu a extinção da humanidade em 2015. Assim começou a operação para reparar as Singularidades na história causadas pelos Santos Graal dispersos pelo tempo e espaço—Operação Grand Order.

Usando a tecnologia de viagem no tempo Rayshift, o último mestre da Chaldea, Ritsuka Fujimaru, e sua demi-serva Mash Kyrielight viajaram e resolveram seis Singularidades. Agora, eles partem para seu destino mais perigoso até agora: uma civilização na Era dos Deuses, B.C. 2655 na Mesopotâmia. Ritsuka e Mash logo descobrem que Bestas Demoníacas vagam pela terra, atacando pessoas e cidades. Em meio ao caos e ao terror, está a última defesa da humanidade—Uruk, uma cidade-fortaleza que atua como a linha de frente na batalha contra as bestas. O front de batalha é comandado nada menos que pelo Rei Gilgamesh, o Rei dos Heróis, que buscou ajuda de Espíritos Heroicos e assumiu o papel de mago para proteger sua cidade.

Junto com Gilgamesh e os servos convocados, Ritsuka e Mash devem proteger Uruk contra a investida das bestas mágicas e derrotar a Aliança das Três Deusas, que tem como objetivo erradicar a humanidade; enquanto isso, uma ameaça ainda maior paira sobre Uruk, se preparando para seu despertar.