Ce film reprend la seconde version de l'histoire du visual novel de Fate/stay night. Il est important d'avoir vu la série avant afin de cerner tous les aspects de l'œuvre. On retrouve donc dans ce film la guerre du Graal à laquelle Shirô Emiya, un garçon idéaliste, se trouve embarquer en tant que magicien et maître de Saber contre son gré. Il s'alliera rapidement avec Rin Tôsaka et son servant, Archer. L'histoire se concentre ici sur la relation entre Shirô, Rin et Archer.

Fate/Zero se déroule dix ans avant les évènements de Fate/stay Night qui raconte en détails ce qui s'est passé lors de la quatrième guerre du Saint Graal dans la ville de Fuyuki. À la suite de trois guerres sans vainqueurs, la quatrième guerre débute enfin...Cette guerre se fait affronter par les familles Einzbern, Matō, et Tōsaka depuis des siècles. Bien que Kiritsugu qui est au côté de Saber, ait longtemps désiré être un héros aux yeux de tous, il a définitivement abandonné le Saint Graal lorsqu'il a réalisé que ceci entraînait forcément la mort d'une autre vie. Pour le bien de l'humanité, il sera prêt à détruire quiconque se mettra en travers de la paix.