Yukiteru Amano (天野雪輝) est un jeune solitaire de 14 ans, timide et rêveur qui observe la vie et note les événements sur son téléphone portable. Ses seuls amis sont Deus Ex Machina (デウス・エクス・マキナ), le dieu de l’espace et du temps, et son assistant Muru Muru (ムルムル). Deus transforme le téléphone de Yukiteru en un journal du futur, capable de prédire l’avenir jusqu’à quatre-vingt-dix jours. Yukiteru découvre que lui et onze autres personnes font partie d’un jeu de survie orchestré par Deus. Le but de ce jeu est d’éliminer les autres détenteurs de journaux, le gagnant devant succéder à Deus en tant que dieu et empêcher l’Apocalypse. Yukiteru se retrouve protégé par Yuno Gasai (我妻由乃), une camarade de classe charmante mais psychopathe qui le traque de manière obsessionnelle alors qu’ils avaient promis d’aller observer les étoiles ensemble un an auparavant.
Les deux principaux acteurs qu’ils rencontrent sont la terroriste Minene Uryu, qui veut détruire toute religion après la mort de ses parents dans une guerre alimentée par la foi, et Keigo Kurusu, un policier qui veut mettre fin au jeu. Plus tard, Kurusu trahit Yukiteru et Yuno lorsqu’il découvre que son fils alité est atteint d’une maladie incurable. Il assassine le détenteur du journal intime Karyuudo Tsukishima et piège Yukiteru et Yuno. Minene se tourne vers le détective Masumi Nishijima et révèle le crime de Kurusu. Dans sa honte, Kurusu s’élimine du jeu.
John Bacchus, le maire de la ville et concepteur des journaux du futur, tente de manipuler Kurou, le père criblé de dettes de Yukiteru, pour qu’il vole le journal de son fils. Kurou échoue, tuant involontairement son ex-femme Rea, et est ensuite assassiné par les hommes de Bacchus. Yukiteru jure de gagner le jeu et de ressusciter ses parents. Yuno et lui s’attaquent aux autres détenteurs de journaux, Minene, Bacchus et Kamado Ueshita, qui dirige un orphelinat. Pendant ce temps, l’astucieux ami de Yukiteru, Aru Akise, et Nishijima enquêtent sur la découverte de trois cadavres dans la maison de Yuno, deux étant ses parents, et le troisième identifié comme étant Yuno Gasai, ce qui remet en question son identité.
Le journal de Kamado, qui peut donner à d’autres des journaux de substitution, est connecté à un superordinateur, donnant à tous les habitants de la ville des journaux du futur dans le cadre du plan de Bacchus pour aider l’humanité à évoluer. Yukiteru et Yuno, Minene, Nishijima et les amis de Yukiteru prennent d’assaut le quartier général de Bacchus. Celui-ci s’enferme dans le coffre-fort d’une banque appartenant aux parents de Yuno, ses empreintes digitales étant le seul moyen d’y accéder. Minene se sacrifie pour détruire la chambre forte mais échoue, et Aru voit Yuno accéder à la chambre forte et tuer Bacchus. Voulant des réponses, Aru affronte Deus qui révèle que le garçon est un humain artificiel conçu pour observer le jeu et le maintenir en équilibre, mais confirme qu’il y a une conspiration autour de Yuno.
Yukiteru assassine ses amis puis Kamado. Aru affronte Yuno, détruisant son journal mais découvre qu’elle en a un de rechange. Réalisant la vérité, Aru montre un texte à Yukiteru avant que Yuno ne le décapite. Alors que les jours de l’Apocalypse approchent, Yukiteru et Yuno consomment leur relation. Cependant, Yukiteru révèle la suggestion d’Aru que Yuno provient d’une autre ligne temporelle et elle se retourne immédiatement contre lui. Muru Muru, le véritable cerveau derrière le déroulement du jeu, confirme la théorie d’Aru. Yukiteru est mort et Yuno a gagné le jeu dans une autre ligne temporelle mais a découvert que même le pouvoir d’un dieu ne pouvait ramener les morts. Dans son chagrin, Yuno a remonté le temps, créant une autre ligne de temps, assassinant et remplaçant son autre moi.
Yuno et Muru Muru remontent à nouveau le temps, créant un troisième monde, poursuivis par Yukiteru et Minene, maintenus en vie par Deus comme un joker et imprégnés d’une partie de son pouvoir. Les deux parties se battent pour protéger ou tuer Yuno et ses parents dans le troisième monde. Yuno, incapable de tuer Yukiteru, le piège dans un monde de rêve où elle n’existe pas, puis attaque son autre moi. Yukiteru se souvient de Yuno, s’échappant de sa prison avec l’aide de Muru Muru du second monde, et arrête Yuno. Bien que Yukiteru demande à Yuno de le tuer pour qu’elle puisse vivre, elle s’élimine et meurt dans ses bras. Yukiteru devient dieu et est entraîné dans le second monde par Muru Muru.
Dix mille ans plus tard, un Yukiteru endeuillé n’a rien fait de ses pouvoirs de dieu. Il est parvenu à couper toutes les influences que le premier et le deuxième monde avaient avec le troisième et empêche le deus du troisième monde de mourir. Yukiteru regarde son journal, se lamentant de ne plus jamais revoir Yuno du premier monde, la seule qu’il aimera jamais. Cependant, les murs interdimensionnels sont brisés par la Yuno du troisième monde, qui possède les souvenirs du premier monde grâce à un Muru Muru expiatoire. Yukiteru et Yuno se réunissent en tant que dieux du deuxième monde et amants éternels.