Yukiteru Amano (天野雪輝) é um solitário de 14 anos, tímido e sonhador, que observa a vida e junta os acontecimentos no seu telemóvel. Seus únicos amigos são Deus Ex Machina (デウス・エクス・マキナ), o Deus do Espaço e do Tempo, e seu assistente Muru Muru (ムルムル). Deus transforma o telefone de Yukiteru em um Diário do Futuro, capaz de prever o futuro até noventa dias. Yukiteru descobre que ele e onze outros fazem parte de um jogo de sobrevivência orquestrado por Deus. O objetivo deste jogo é eliminar os outros detentores do diário, o vencedor para suceder a Deus como deus e evitar o Apocalipse. Yukiteru encontra-se protegido por Yuno Gasai (我妻由乃), um encantador mas psicopata colega de classe que o persegue obsessivamente depois de eles terem prometido ir juntos um ano antes.
Dois grandes jogadores que eles encontram são a terrorista Minene Uryu, que quer destruir toda a religião depois que seus pais morreram numa guerra alimentada pela fé; e Keigo Kurusu, um oficial da polícia que quer acabar com o jogo. Mais tarde, Kurusu trai Yukiteru e Yuno quando descobre que seu filho está de cama e sofre de uma doença terminal. Ele assassina o titular do diário Karyuudo Tsukishima e enquadra Yukiteru e Yuno. Minene se volta para o detetive Masumi Nishijima, expondo o crime de Kurusu. Em sua vergonha, Kurusu se elimina do jogo.
John Bacchus, prefeito da cidade e designer dos Diários do Futuro, tenta manipular o pai endividado de Yukiteru, Kurou, para roubar o diário de seu filho. Kurou falha, assassinando involuntariamente sua ex-mulher Rea, e é então assassinado pelos homens de Baco. Yukiteru promete ganhar o jogo e ressuscitar os seus pais. Ele e Yuno têm como alvo os restantes detentores do diário, Minene, Baco e Kamado Ueshita, que dirige um orfanato. Enquanto isso, o astuto amigo de Yukiteru, Aru Akise, e Nishijima investigam a descoberta de três cadáveres na casa de Yuno, sendo dois deles seus pais, e o terceiro identificado como sendo Yuno Gasai, trazendo em questão sua identidade.
O diário de Kamado, que pode dar diários substitutos a outros, está ligado a um supercomputador, dando a todos na cidade Diários de Futuro como parte do plano de Baco para ajudar a humanidade a evoluir. Yukiteru e Yuno, Minene, Nishijima e os amigos de Yukiteru invadem a sede de Baco. Ele se sela em um cofre de banco de propriedade dos pais de Yuno, suas impressões digitais são a única maneira de acessá-lo. Minene se sacrifica para destruir o cofre mas falha, apenas para Aru testemunhar Yuno acessar o cofre e matar Baco. Querendo respostas, Aru confronta Deus que revela que o menino é um humano artificial projetado para observar o jogo e mantê-lo em equilíbrio, mas confirma que há uma conspiração em torno de Yuno.
Yukiteru assassina seus amigos e depois Kamado. Aru luta contra Yuno, destruindo seu diário, mas descobre que ela tem um sobressalente. Percebendo a verdade, Aru mostra um texto para Yukiteru antes que Yuno o decapite. Com a aproximação dos dias do Apocalipse, Yukiteru e Yuno consumam a sua relação. No entanto, Yukiteru revela a sugestão de Aru de que Yuno se origina de outra linha do tempo e ela imediatamente se volta contra ele. Muru Muru, o verdadeiro mentor por trás do curso do jogo, confirma a teoria de Aru. Yukiteru morreu e Yuno ganhou o jogo em outra linha do tempo, mas descobriu que nem mesmo o poder de um deus poderia trazer de volta os mortos. Em sua tristeza, Yuno voltou no tempo, criando uma linha de tempo alternativa, assassinando e substituindo seu outro eu.
Yuno e Muru Muru voltam no tempo novamente, criando um terceiro mundo, perseguido por Yukiteru e Minene, mantido vivo por Deus como um wild card e imbuído de uma porção de seu poder. Ambas as partes lutam para proteger ou matar o terceiro mundo de Yuno e seus pais. Yuno, incapaz de matar Yukiteru, prende-o em um mundo de sonho onde ela não existe, e depois ataca seu eu alternativo. Yukiteru lembra-se de Yuno, escapando de sua prisão ajudado pela Muru Muru, do segundo mundo, e pára Yuno. Embora Yukiteru peça a Yuno que o mate para que ela possa viver, ela se elimina e morre em seus braços. Yukiteru torna-se deus e é arrastado para o segundo mundo por Muru Muru.
Ten mil anos depois, um Yukiteru lúgubre não fez nada com seus poderes piedosos. Ele conseguiu cortar todas as influências que o primeiro e segundo mundos tinham com o terceiro e evita que o deus do terceiro mundo morra. Yukiteru olha para o seu diário, lamentando que nunca mais verá o primeiro mundo Yuno, o único que ele amará, nunca mais. No entanto, as paredes interdimensionais são derrubadas pelo Yuno do terceiro mundo, que possui as memórias do primeiro mundo, cortesia de um Muru Muru expiatório. Yukiteru e Yuno se reúnem como deuses do segundo mundo e amantes eternos.