Illyasviel von Einzbern es una chica normal de 14 años que vive con su padre, un mago llamado Kiritsugu Emiya, y su sirviente, la heroína Saber. Un día, mientras va a la escuela, se encuentra con un gato mágico llamado Ruby, que resulta ser una varita mágica. Ruby le dice a Illya que ha sido elegida para convertirse en una "mahou shoujo" (chica mágica) y luchar contra criaturas conocidas como "Class Cards" que están causando problemas en la ciudad. A regañadientes, Illya acepta el papel y comienza su entrenamiento como mahou shoujo bajo la tutela de Ruby, A medida que Illya lucha contra las Class Cards, descubre que no está sola en su misión. Conoce a otras chicas mágicas, como Miyu Edelfelt y Chloe von Einzbern, quienes también tienen sus propias razones para luchar contra las Class Cards. Juntas, forman un equipo y enfrentan diversos desafíos y enemigos mientras intentan proteger a la ciudad y descubrir los secretos detrás de las Class Cards y su propia magia. A lo largo de la serie, Illya también lidia con problemas personales, como su relación con su padre y su identidad como mahou shoujo. La serie combina elementos de acción, comedia y drama, y explora temas como la amistad, el sacrificio y el crecimiento personal.