Yukiteru Amano (天野雪輝) är en 14-årig, blyg och dagdrömmande ensamvarg som observerar livet och antecknar händelserna i sin mobiltelefon. Hans enda vänner är Deus Ex Machina (デウス・エクス・マキナ), rymdens och tidens gud, och hans assistent Muru Muru (ムルムル). Deus förvandlar Yukiterus telefon till en Future Diary, som kan förutsäga framtiden upp till nittio dagar. Yukiteru upptäcker att han och elva andra är en del av ett överlevnadsspel iscensatt av Deus. Målet med spelet är att eliminera de andra dagboksinnehavarna, för att vinnaren ska efterträda Deus som gud och förhindra apokalypsen. Yukiteru skyddas av Yuno Gasai (妻由乃), en charmig men psykopatisk klasskamrat som tvångsmässigt förföljer honom efter att de hade lovat att gå ut och titta på stjärnor tillsammans ett år tidigare.
Två viktiga aktörer som de stöter på är terroristen Minene Uryu, som vill förinta all religion efter att hennes föräldrar dog i ett trosdrivande krig, och Keigo Kurusu, en polis som vill avsluta spelet. Senare förråder Kurusu Yukiteru och Yuno när han upptäcker att hans sängliggande son lider av en obotlig sjukdom. Han mördar dagboksinnehavaren Karyuudo Tsukishima och sätter dit Yukiteru och Yuno. Minene vänder sig till detektiven Masumi Nishijima och avslöjar Kurususus brott. I sin skam eliminerar Kurusu sig själv från spelet.
John Bacchus, stadens borgmästare och konstruktör av Future Diaries, försöker manipulera Yukiterus skuldtyngda far Kurou till att stjäla sin sons dagbok. Kurou misslyckas och mördar oavsiktligt sin ex-fru Rea, och blir sedan mördad av Bacchus män. Yukiteru lovar att vinna spelet och återuppliva sina föräldrar. Han och Yuno tar sikte på de återstående dagboksinnehavarna, Minene, Bacchus och Kamado Ueshita som driver ett barnhem. Samtidigt undersöker Yukiterus skarpsinniga vän Aru Akise och Nishijima upptäckten av tre lik i Yunos hus, varav två är hennes föräldrar och det tredje identifieras som Yuno Gasai, vilket gör att hennes identitet ifrågasätts.
Kamados dagbok, som kan ge andra ersättningsdagböcker, kopplas ihop med en superdator, vilket ger alla i staden Framtidsdagböcker som en del av Bacchus’ plan att hjälpa mänskligheten att utvecklas. Yukiteru och Yuno, Minene, Nishijima och Yukiterus vänner stormar Bacchus högkvarter. Han låser in sig själv i ett bankvalv som ägs av Yunos föräldrar, hennes fingeravtryck är det enda sättet att komma åt det. Minene offrar sig själv för att förstöra valvet men misslyckas, men Aru får se Yuno komma in i valvet och döda Bacchus. Aru vill ha svar och konfronterar Deus som avslöjar att pojken är en artificiell människa som är skapad för att observera spelet och hålla det i balans, men bekräftar att det finns en konspiration kring Yuno.
Yukiteru mördar sina vänner och sedan Kamado. Aru kämpar mot Yuno och förstör hennes dagbok men upptäcker att hon har en reservdator. Aru inser sanningen och visar en text för Yukiteru innan Yuno halshugger honom. När dagarna till apokalypsen närmar sig fullbordar Yukiteru och Yuno sitt förhållande. Yukiteru avslöjar dock Aru’s förslag att Yuno kommer från en annan tidslinje och hon vänder sig genast mot honom. Muru Muru, den verkliga hjärnan bakom spelets gång, bekräftar Aru’s teori. Yukiteru dog och Yuno vann spelet i en annan tidslinje men upptäckte att inte ens en guds kraft kan få tillbaka de döda. I sin sorg gick Yuno tillbaka i tiden och skapade en alternativ tidslinje, mördade och ersatte sitt andra jag.
Yuno och Muru Muru går tillbaka i tiden igen och skapar en tredje värld, förföljda av Yukiteru och Minene, som hålls vid liv av Deus som en joker och genomsyras av en del av hans kraft. Båda parterna kämpar för att skydda eller döda den tredje världens Yuno och hennes föräldrar. Yuno, som inte kan döda Yukiteru, fångar honom i en drömvärld där hon inte existerar och attackerar sedan sitt alternativa jag. Yukiteru minns Yuno, rymmer från sitt fängelse med hjälp av den andra världens Muru Muru och stoppar Yuno. Trots att Yukiteru ber Yuno att döda honom så att hon kan leva, eliminerar hon istället sig själv och dör i hans armar. Yukiteru blir gud och släpas till den andra världen av Muru Muru.
Tusen tusen år senare har en sörjande Yukiteru inte gjort något med sina gudomliga krafter. Han lyckades skära av alla influenser som den första och andra världen hade med den tredje och hindrar den tredje världens deus från att dö. Yukiteru stirrar på sin dagbok och sörjer att han aldrig kommer att få se första världens Yuno, den enda han någonsin kommer att älska, någonsin igen. De interdimensionella väggarna bryts dock ner av Yuno från den tredje världen, som har den första världens minnen tack vare en försonande Muru Muru. Yukiteru och Yuno återförenas som gudar från den andra världen och eviga älskare.