Yukiteru Amano (天野雪輝) es un joven de 14 años, tímido y soñador solitario que observa la vida y anota los acontecimientos en su teléfono móvil. Sus únicos amigos son Deus Ex Machina (デウス・エクス・マキナ), el Dios del Espacio y el Tiempo, y su asistente Muru Muru (ムルムル). Deus transforma el teléfono de Yukiteru en un Diario del Futuro, capaz de predecir el futuro hasta noventa días. Yukiteru descubre que él y otras once personas forman parte de un juego de supervivencia orquestado por Deus. El objetivo de este juego es eliminar a los demás poseedores del diario, el ganador sucederá a Deus como dios y evitará el Apocalipsis. Yukiteru se encuentra protegido por Yuno Gasai (我妻由乃), una encantadora pero psicópata compañera de clase que le acecha obsesivamente después de que un año antes prometieran ir juntos a mirar el cielo.
Dos actores principales con los que se encuentran son la terrorista Minene Uryu, que quiere destruir toda religión después de que sus padres murieran en una guerra alimentada por la fe; y Keigo Kurusu, un oficial de policía que quiere acabar con el juego. Más tarde, Kurusu traiciona a Yukiteru y a Yuno cuando descubre que su hijo, postrado en la cama, padece una enfermedad terminal. Asesina al portador del diario, Karyuudo Tsukishima, e inculpa a Yukiteru y a Yuno. Minene recurre a la detective Masumi Nishijima, exponiendo el crimen de Kurusu. En su vergüenza, Kurusu se elimina a sí mismo del juego.
John Bacchus, el alcalde de la ciudad y diseñador de los Diarios del Futuro, intenta manipular a Kurou, el padre de Yukiteru, agobiado por las deudas, para que robe el diario de su hijo. Kurou fracasa, asesinando involuntariamente a su ex esposa Rea, y luego es asesinado por los hombres de Bacchus. Yukiteru jura ganar el juego y resucitar a sus padres. Él y Yuno tienen como objetivo a los restantes poseedores del diario, Minene, Bacchus y Kamado Ueshita, que dirige un orfanato. Mientras tanto, la astuta amiga de Yukiteru, Aru Akise, y Nishijima investigan el descubrimiento de tres cadáveres en la casa de Yuno, dos de los cuales son sus padres, y el tercero se identifica como Yuno Gasai, poniendo en duda su identidad.
El diario de Kamado, que puede dar a otros diarios sustitutos, está conectado a un superordenador, dando a todos en la ciudad Diarios del Futuro como parte del plan de Baco para ayudar a la humanidad a evolucionar. Yukiteru y Yuno, Minene, Nishijima y los amigos de Yukiteru asaltan el cuartel general de Baco. Éste se encierra en la cámara acorazada de un banco propiedad de los padres de Yuno, siendo sus huellas dactilares la única forma de acceder a ella. Minene se sacrifica para destruir la cámara, pero no lo consigue, y Aru es testigo de cómo Yuno accede a la cámara y mata a Bacchus. Queriendo respuestas, Aru se enfrenta a Deus, quien le revela que el chico es un humano artificial diseñado para observar el juego y mantenerlo en equilibrio, pero confirma que hay una conspiración alrededor de Yuno.
Yukiteru asesina a sus amigos y luego a Kamado. Aru lucha contra Yuno, destruyendo su diario pero descubre que tiene uno de repuesto. Al darse cuenta de la verdad, Aru muestra un texto a Yukiteru antes de que Yuno lo decapite. A medida que se acercan los días del Apocalipsis, Yukiteru y Yuno consuman su relación. Sin embargo, Yukiteru revela la sugerencia de Aru de que Yuno procede de otra línea temporal y ella se vuelve inmediatamente contra él. Muru Muru, la verdadera mente maestra detrás del curso del juego, confirma la teoría de Aru. Yukiteru murió y Yuno ganó el juego en otra línea temporal, pero descubrió que ni siquiera el poder de un dios podía resucitar a los muertos. En su dolor, Yuno retrocedió en el tiempo, creando una línea temporal alternativa, asesinando y sustituyendo a su otro yo.
Yuno y Muru Muru vuelven a retroceder en el tiempo, creando un tercer mundo, perseguidos por Yukiteru y Minene, mantenidos vivos por Deus como comodín e imbuidos de una parte de su poder. Ambas partes luchan por proteger o matar a Yuno y sus padres del tercer mundo. Yuno, incapaz de matar a Yukiteru, lo atrapa en un mundo de ensueño en el que ella no existe, y luego ataca a su yo alternativo. Yukiteru recuerda a Yuno, escapando de su prisión ayudado por Muru Muru del segundo mundo, y detiene a Yuno. Aunque Yukiteru le pide a Yuno que lo mate para poder vivir, ella en cambio se elimina y muere en sus brazos. Yukiteru se convierte en dios y es arrastrado al segundo mundo por Muru Muru.
Diez mil años después, un doliente Yukiteru no ha hecho nada con sus poderes de dios. Consiguió cortar todas las influencias que el primer y segundo mundo tenían con el tercero y evita que el deus del tercer mundo muera. Yukiteru mira su diario, lamentando que no volverá a ver a la Yuno del primer mundo, la única a la que amará, nunca más. Sin embargo, los muros interdimensionales son derribados por la Yuno del tercer mundo, que posee los recuerdos del primer mundo por cortesía de una Muru Muru expiatoria. Yukiteru y Yuno se reúnen como dioses del segundo mundo y amantes eternos.