Cerita berlatar belakang di tahun 2015, saat era terakhir berakhir di mana sihir masih memegang pengaruh yang kuat. Organisasi Keselamatan dan Keamanan Umat Manusia, Chaldea, dibentuk untuk mengawasi dunia yang hanya bisa dilihat dengan sihir dan dunia yang hanya bisa diukur oleh ilmu pengetahuan; serta untuk mencegah kepunahan umat manusia. Berkat usaha dari para peneliti, umur umat manusia dipastikan masih 100 tahun lagi. Namun tiba-tiba, masa depan umat manusia yang sudah diamati terus-menerus oleh Chaldea tersebut musnah. Kepunahan umat manusia diperkirakan terjadi pada tahun 2017, walau belum pasti. Penyebab pasti akan kepunahan tersebut terjadi di Fuyuki, Jepang, pada tahun 2004. Di kota tersebut, terdapat “dunia yang tidak dapat diamati” yang masih belum dipastikan hingga saat ini. Chaldea meminta Grand Order untuk melaksanakan “Holy Grail Expedition” (Ekspedisi Cawan Suci), untuk menginvestigasi, mengungkap, dan apabila memungkinkan, menghancurkan penyebab kepunahan umat manusia tersebut.