“やらなくてもいいことなら、やらない。やらなければいけないことなら手短に”をモットーとする“省エネ主義”の高校一年生、折木奉太郎（山崎賢人）。入学した神山高校でも安穏とした“灰色”の高校生活を送るつもりだったが、姉の命令で廃部寸前の古典部に入部することに。嫌々、部室へ向かった奉太郎は、そこで“一身上の都合で”古典部に入部してきた少女・千反田える（広瀬アリス）と出会う。一見、清楚なお嬢さまらしい雰囲気を漂わせるえるだが、その正体は、一度“わたし、気になります！”となると誰にも止められない、好奇心の塊のような少女だった。中学から腐れ縁の福部里志（岡山天音）と伊原摩耶花（小島藤子）も入部し、活動目的が不明なまま新生古典部が発足。えるの好奇心に巻き込まれながら、奉太郎は神山高校で起こる不思議な出来事を次々と解き明かしていく。そんな彼の推理力を見込んだえるは、ある依頼をする。それは、“10年前に失踪した伯父がえるに残した言葉を思い出させてほしい”というもの。一見荒唐無稽な依頼だったが、それは思いがけず33年前に起きたとある事件へと繋がっていた。奉太郎たちは、33年前に発行された古典部文集『氷菓』と、歴史ある学園祭に秘められた真実を解き明かすべく、歴史の中に埋没し、伏せられてきた謎に挑んでいくが……。