Siswa sekolah menengah yang kesepian, Yukiteru Amano, menghabiskan hari-harinya dengan menulis buku harian di ponselnya, sambil berbicara dengan dua teman khayalannya Deus Ex Machina, yang merupakan dewa ruang dan waktu, dan Murmur, pelayan dewa. Mengungkapkan dirinya sebagai entitas yang sebenarnya, Deus memberikan Yukiteru sebuah “Diary Acak,” yang menunjukkan entri yang sangat deskriptif berdasarkan masa depan dan memaksa dia ke dalam pertempuran royale berdarah dengan 11 pemegang lain dari 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 lainnya untuk bertahan hidup. Dia dengan enggan bergabung dengan penguntit obsesifnya Yuno Gasai (yang juga memiliki buku harian seperti itu), dan dia mengambilnya sendiri untuk memastikan keselamatannya. Tetapi ada lebih banyak hal pada gadis itu daripada yang terlihat, karena dia mungkin memiliki rencana lain untuk cintanya yang tak terbalas.