Fate/stay night cuenta las vivencias de Shirou Emiya durante dos semanas, un mecánico aficionado que asiste a la escuela Homurabara Gakuen en la Ciudad Fuyuki. Hace diez años, Shirou queda atrapado en un enorme incendio que incinera a su familia y consume una gran porción de la ciudad; cuando Shirou se da por vencido y acepta su propia muerte un enigmático hombre lo encontra agonizando y lo ayuda. Este hombre, Kiritsugi Emiya, adopta a Shirou, y con el paso del tiempo, revela su identidad como Mago a Shirou. Kiritsugu también cuenta a Shirou su fallido sueño de convertirse en "Héroe de la Justicia", un guardián de la humanidad que podría salvar cualquier vida en peligro. Por petición de Shirou, Kiritsugu intenta enseñar a su hijo magia, pero se descubre que Shirou no tiene talento para la mayoría de los hechizos fundamentales. Cuando Kiritsugu muere, Shirou dedica su vida y su magia a cumplir el sueño de Kiritsugi.

Shirou desconoce que la Ciudad Fuyuki es el escenario de la violenta y secreta guerra entre siete magos. Durante los últimos dos siglos siete magos han entrado en combate a muerte en una batalla para obtener el Santo Grial, un cáliz legendario capaz de conceder cualquier deseo. Las últimas cuatro Guerras del Santo Grial han ocurrido cada sesenta años, la más reciente habiendo acabado hace diez años, pero la quinta guerra comienza prematuramente.

Estos magos, conocidos como masters (amos/maestros), son asistidos por entes espirituales conocidos como servants (sirvientes), quienes son reencarnaciones de almas legendarias de toda la historia de la Humanidad. Estos sirvientes, además de poseer habilidades superhumanas, pueden utilizar los Noble Phantasms (Hougu), reliquias o habilidades con un increíble potencial mágico. El poder interno de un Noble Phantasm puede ser invocado pronunciando su verdadero nombre, sin embargo, los Noble Phantasms famosos usualmente delatan la verdadera identidad del sirviente, disminuyendo la ventaja en combate que supone desconocer la identidad del adversario. Sirvientes legendarios concretos pueden ser convocados con ayuda de un catalizador, que pueden ser reliquias, ideas o experiencias similares a las vividas por el sirviente. Sólo un individuo puede poseer el Santo Grial, así que maestro y sirviente deben pelear contra los equipos rivales a muerte. Solo un sirviente de cada clase puede ser convocado en cada guerra. Las clases de sirvientes son: Saber, Archer, Lancer, Berserker, Rider, Assassin, y Caster.

El Santo Grial es una reliquia espiritual, por lo que sólo entidades astrales, como los sirvientes, son capaces de tocarlo. Esta restricción obliga al maestro y al sirviente a cooperar contra las parejas rivales, incluso si una situación implica una lucha a muerte. Los maestros pueden controlar a sus sirvientes usando tres hechizos de mando (Reijyū), que son milagros cristalizados dados por el Santo Grial y que se manifiestan en la mano del maestro. Cada hechizo de mando permite, al ser activado, dar una orden irrevocable (y que el sirviente no puede negarse a obedecer) o realizar una gesta increíble al sirviente. En el caso de que un maestro pierda la totalidad de los hechizos de mando o muera, su sirviente puede elegir aliarse con otro maestro o refugiarse con el supervisor imparcial de la guerra, que tradicionalmente es un delegado de la Iglesia Católica Romana.

Una noche, después de limpiar el dojo de arquería de la escuela, Shirou descubre a dos sirvientes, Archer y Lancer, peleando en el patio. Para evitar exponer el hecho de la existencia de la guerra, Lancer persigue y mata a Shirou. Por una razón desconocida, una compañera de clase de Shirou, Rin Tōsaka, usa un colgante mágico cargado de maná (Maryoku) concentrado para revivirlo. Herido y confundido, Shirou regresa a su casa, pero es, de nuevo, atacado por Lancer. Shirou débilmente intenta defenderse pero es sobrepasado en poder por el sirviente y cae en el sótano. Arrinconado, Shirou se prepara para lo peor, sin embargo, antes de que Lancer pueda darle el golpe de gracia, una joven vestida con una armadura de alabardero lo ahuyenta. Se presenta ante Shirou como Saber, y lo saluda con las palabras: "¿Te pregunto, eres tú mi Amo?"