No ano de 2016, os alicerces da humanidade foram incinerados pelo Rei Mago Solomon. Chaldea, uma organização secreta de magos com a missão de preservar o futuro da humanidade, previu a extinção da humanidade em 2015. Assim, iniciou-se a Operação Grand Order, com o objetivo de reparar as Singularidades na história, causadas por Cálices Sagrados dispersos através do tempo e do espaço.

Usando a tecnologia de viagem no tempo Rayshift, o último mestre de Chaldea, Ritsuka Fujimaru, e sua demi-serva Mash Kyrielight viajaram e resolveram seis Singularidades. Agora, eles partem para seu destino mais perigoso: uma civilização na Era dos Deuses, 2655 a.C. na Mesopotâmia. Ritsuka e Mash logo descobrem que Bestas Demoníacas vagam pela terra, atacando pessoas e cidades. Em meio ao caos e terror, encontra-se a última defesa da humanidade: Uruk, uma cidade-fortaleza que atua como a linha de frente para a batalha contra as bestas. A frente de batalha é comandada por ninguém menos que o 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 invocados, Ritsuka e Mash devem proteger Uruk contra o ataque das bestas mágicas e derrotar a Aliança das Três Deusas, que visa erradicar a humanidade; enquanto isso, uma ameaça maior paira sobre Uruk, preparando-se para seu despertar.