Em Mitakihara, a vida das garotas mágicas parece ter encontrado um equilíbrio sereno. Madoka, Sayaka, Mami e Kyoko protegem a cidade de ameaças conhecidas como Nightmares, vivendo uma rotina aparentemente comum. Contudo, Homura Akemi percebe que algo fundamental não se encaixa nessa atmosfera de paz. A presença de alguém que não deveria existir e a sensação de que memórias foram alteradas levam Homura a questionar a própria realidade.

O filme acompanha o esforço obsessivo de Homura para desvendar a verdade por trás desse cenário misterioso. Em um confronto onde o desespero e o amor se confundem, ela luta para proteger o que restou de suas convicções, culminando em uma reviravolta que altera permanentemente o destino das garotas mágicas e as leis do universo.