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。
相叶裕树 浅沼晋太郎 日笠阳子 井口裕香 池田纯矢 胜杏里 藤原祐规 村濑步 东地宏树 泽城美雪 伊藤静 铃木千寻 野岛裕史 鸟海浩辅 大原沙耶香 藤堂真衣 东山奈央 明坂聪美 布里德卡特·塞拉·惠美 近藤隆 日高里菜 莲岳大 小田柿悠太 山岸治雄 雨宫天 山下百合惠 藤原贵弘 中西敏治 前田淳 浅野真澄 志贺麻登佳 昆夏美 绿川光 梁田清之 山本和臣 诹访部顺一 町田政则 野上尤加奈 渡边明乃 铃木爱奈 齐藤壮马 代永翼 杉田智和
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