Siswa SMA yang kesepian, Yukiteru Amano, menghabiskan hari-harinya dengan menulis buku harian di ponselnya, sambil bercakap-cakap dengan dua temannya yang tampaknya imajiner Deus Ex Machina, yang merupakan dewa ruang dan waktu, dan Murmur, hamba dewa. Mengungkap dirinya sebagai entitas yang sebenarnya, Deus memberi Yukiteru sebuah “Buku Harian Acak,” yang menunjukkan entri yang sangat deskriptif berdasarkan masa depan dan memaksanya ke dalam pertempuran berdarah dengan 11 pemegang buku harian masa depan yang sama kuatnya.
Dengan orang terakhir yang berdiri ditunjuk sebagai dewa ruang dan waktu yang baru, Yukiteru harus menemukan dan membunuh 11 orang lainnya untuk bertahan hidup. Dia enggan bekerja sama dengan penguntitnya yang obsesif Yuno Gasai (yang juga memiliki buku harian seperti itu), dan dia mengambilnya sendiri untuk memastikan keselamatannya. Tapi ada lebih banyak hal pada gadis itu daripada yang terlihat, karena dia mungkin memiliki rencana lain untuk cintanya yang tak berbalas …