シルクハットの英国紳士エルシャール・レイトン（声：大泉洋）は、大学の考古学教授で、不思議研究家の第一人者。ある日、彼の研究室にオペラのチケットが同封された1通の手紙が届く。差出人はレイトンのかつての教え子、オペラ歌手のジェニス・カトレーン（水樹奈々）。行方不明になった友人ミリーナが、7歳の少女になって現れ、「永遠の命を手に入れた」と言っているという。この不可解な出来事を解明するため、レイトンはナゾ好きの少年、ルーク・トライトン（掘北真希）と助手のレミ・アルタワ（相武紗季）を連れて、オペラが上演される“クラウン・ペトーネ劇場”へと向かう。そこで上演されたのは、レイトンの師であるシュレーダー博士が研究していた不老不死王国“古代アンブロシア王国”の伝説を基に、ピアニストのオズロ・ウィスラーが作曲した新作オペラ。だが、劇場に集まった観客たちの真の目的は“永遠の命”を手に入れることであった。舞台に現れた怪しげな男の合図で、“永遠の命”を贈られる一人を選ぶナゾトキゲームが始まった……。