动画以OVA形式分三卷推出，每卷包含4话，第一卷《1st Season》于2011年8月14日发售，第二卷《2nd Season》于2011年10月28日发售，第三卷《3rd Season》于2011年12月31日发售，合计全12话。另有《EX Season》作为2011年11月26日发售的《TAKEMOON 武梨绘里TYPE-MOON作品集 特别版》的OAD收录、《Special Season》于2013年1月16日发售的TYPE-MOON10周年纪念活动收录BD BOX《TYPE-MOON Fes. -10TH ANNIVERSARY EVENT-》中收。在一间由猫经营的酒吧里，有一群猫在谈话。从他们的言谈之间可以隐约得知，一场可能会打破时空之间界限的狂凶之盛宴即将到来。冬木市再度举行了让魔术师为之疯狂得“圣杯争霸战”，参与争夺的卫宫士郎、Saber、远坂凛、Archer、葛木宗一郎、Rider等人，结成不同的小组并且对圣杯都抱着势在必得的野心。然而出人意料的是，这一次必须改以网球、花牌、抽卡片、黑胡子等民间游戏来决定胜负。就在所有参赛者纷纷于游戏中精疲力尽之时，圣杯赫然出现在大家面前。对圣杯痛恨无比的卫宫士郎，决定以投影出来的武器将之毁灭，不料被劈开的圣杯中竟然冒出了原本不属于这个时空里的猫姬！随着猫姬的到来，一场将不同次元里的魔术师纠缠在一起的厮杀，无可避免地正式揭开了序幕。
植田佳奈 小清水亚美 钉宫理惠 白石凉子 伊藤静 福山润 早见沙织 赤崎千夏 水桥香织 辻步美 大原沙耶香 长妻树里 内田真礼 丰田萌绘 佐藤利奈 茂吕田和江 伊达朱里纱 佳村遥 中津真莉 寿美菜子 野田顺子 中原麻衣 斋贺光希 斋藤千和 清水香里 丰口惠美 进藤尚美 悠木碧 内山夕实 东山奈央 樱井真子 花泽香菜
石田彰 山下大辉 佐仓绫音 内田真礼 丰永利行 内田彩 今井麻美 小岩井小鸟 绿川光 柳田淳一 佐藤美由希 日野聪 伊藤美来 川原庆久 村川梨衣 大坪由佳 沼仓爱美 田泽茉纯 寺崎裕香 皆口裕子 长谷川芳明 熊谷健太郎 森久保祥太郎 大塚明夫
悠木碧 水树奈奈 高垣彩阳 日笠阳子 南条爱乃 茅野爱衣 井口裕香 久野美咲 石川英郎 保志总一朗 赤羽根健治 濑户麻沙美 市道真央 寺川爱美 市之濑加那 山路和弘 麦人 关俊彦 日高法子 草尾毅 堀江由衣 寿美菜子 石上静香 村濑迪与 井泽诗织 田泽茉纯 水濑祈
相叶裕树 浅沼晋太郎 日笠阳子 井口裕香 池田纯矢 渡边明乃 东地宏树 泽城美雪 浅野真澄 伊藤静 铃木千寻 大原沙耶香 野岛裕史 鸟海浩辅 日高里菜 近藤隆 藤原贵弘 布里德卡特·塞拉·惠美 东山奈央 明坂聪美 梁田清之 绿川光 久野美咲 杉田智和 三瓶由布子 齐藤壮马 代永翼 雨宫天 铃木爱奈 山下百合惠
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