木之幡米拉（高柳知叶 配音）曾经和一个男孩许下了“寻找小行星”的约定，随着时间的而流失，虽然米拉和这个男孩早已经没有了任何的联系，但这个约定却依然被铭记在米拉的心间。 为了完成约定，升上高中的米拉加入了学校的天文社，哪知道为了节省社团经费，天文社竟然于今年同地质社合并，变成了地学社。个性老实，沉默寡言，甚至有些害羞的真中苍（山口爱 配音）、虽然身为学姐，但却异常柔弱的猪濑舞（指出球亚 配音）、常常因为过于认真的性格而被别人误以为在生气的樱井美景（东山奈央 配音）、性格大大咧咧，总是活在自己的世界里的森野真理（上坂堇 配音），对于天空的热爱将这些个性迥异的女孩联结到了一起。
本片改编自TYPE-MOON出品的文字冒险类游戏《Fate/stay night》，是该游戏最终路线“HF线”动画剧场版全三部作品中的第二章。通过女主角间桐樱的视角，讲述了御主和英灵为了得到可以实现一切愿望的圣杯而相互厮杀的一场战争。 时隔10年在冬木市爆发的这场“圣杯战争”中，因被称为“圣杯战争”御三家之一的间桐家的当家·间桐脏砚的参战而变得更畸形、扭曲和恶化。作为御主参战的卫宫士郎也在战斗中负伤还失去了英灵Saber，尽管如此士郎为了守护间桐樱，并没有从战斗中引身退出。而担心士郎身体的樱，自己也无法逃离魔法师的宿命……
