Ini bukan dunia yang kamu kenal. Di suatu tempat yang asing, seorang gadis berambut hitam legam dengan pakaian kelam dan satu mata biru menyala melangkah sendirian. Namanya Black Rock Shooter. Menggenggam meriam raksasa, ia menjerumuskan diri ke dalam pertempuran brutal yang seolah tak berujung.
Di sisi lain, Mato Kuroi, siswi SMP yang ceria, tertarik pada teman sekelasnya yang tertutup, Yomi Takanashi. Meski sering diejek Yu Koutari, Mato tetap berusaha mendekati Yomi, di tengah keseharian sekolah yang diwarnai sosok-sosok unik seperti konselor eksentrik Saya Irino dan kapten klub yang berapi-api, Arata Kohata. Saat sebuah buku cerita favorit mempertemukan mereka, hubungan yang mulai mencair justru membawa Mato pada pertemuan tak terduga di rumah Yomi, dengan kehadiran Kagari Izuriha, sahabat Yomi yang duduk di kursi roda. Dua dunia, dua sosok, dan satu kisah tentang rasa sakit yang perlahan terungkap.