La Academia Privada Seikyou, construida sobre la intriga de los mitos ocultos tradicionales, tiene un oscuro pasado: durante 60 años, ha sido perseguida por un fantasma conocido como Yuuko, una joven que murió misteriosamente en el sótano del edificio de la vieja escuela. Sin memoria de su vida o muerte, Yuuko discretamente encuentra y dirige el Club de Investigaciones Paranormales en busca de respuestas.

Un encuentro casual lleva a Yuuko a aferrarse al diligente estudiante de primer año Teiichi Niiya, quien puede ver al fantasma estrafalario, rápidamente se acercan, y él decide ayudarla. Junto con Kirie Kanoe, pariente de Yuuko, y el inconsciente segundo año Momoe Okonogi, se adentran en los infames Siete Misterios de la escuela de historia.

Tasogare Otome x Amnesia cuenta una historia única de estudiantes que trabajan juntos para arrojar luz sobre los sucesos paranormales de su escuela, mientras se acercan a la verdad detrás de la muerte de Yuuko.