ごく普通の中学2年生として平和な日々を送る鹿目まどか(声：悠木碧)は、ある夜、傷つきながら戦う少女と、不思議な生物の夢を見る。翌朝、まどかの中学へ転校してきたのは、夢で見た少女と瓜二つの容姿をした暁美ほむら(声：斎藤千和)だった。偶然の一致に戸惑うまどかに、ほむらは意味深な言葉を投げかける……。放課後、親友の美樹さやか(声：喜多村英梨)とまどかは、夢の中で見た生物・キュゥべえ(声：加藤英美里)と、それを殺そうとするほむらに出くわす。まどかとさやかは傷付いたキュゥべえを助けるが、直後に摩訶不思議な空間へ迷い込んでしまう。そんな二人を救ったのは、魔法少女の巴マミ(声：水橋かおり)だった……。