Avec la promesse d’exaucer n’importe quel vœu, le Saint Graal tout-puissant a déclenché trois guerres par le passé, chacune trop cruelle et féroce pour qu’il y ait un vainqueur. Malgré cela, la riche famille Einzbern est convaincue que la quatrième Guerre du Saint Graal sera différente, notamment parce qu’elle détient désormais un réceptacle du Saint Graal. C'est uniquement pour cette raison que Kiritsugu Emiya, le très détesté « Tueur de Mages », est engagé par les Einzbern, avec pour contrat contraignant le mariage avec leur fille unique, Irisviel.
Kiritsugu se retrouve désormais au cœur d'un jeu de survie impitoyable, face à six autres participants, chacun armé d'un familier ancestral et animé par des désirs et des idéaux uniques. Accompagné de son propre familier, Saber, le mercenaire notoire trouve bientôt son plus grand adversaire en la personne de Kirei Kotomine, un prêtre qui cherche le salut face au vide qui l'habite en poursuivant Kiritsugu.
Basé sur le roman léger écrit par Gen Urobuchi, Fate/Zero dépeint les événements de la quatrième Guerre du Saint Graal — dix ans avant Fate/stay night. Assistez à une bataille royale où personne n'est assuré de survivre.
Remarque : le premier épisode a été diffusé avec une durée d'environ 48 minutes, contrairement aux épisodes standard de 24 minutes.