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。
生天目仁美 木内秀信 桑岛法子 野岛健儿 福圆美里 稻叶实 河野靖 大黑和广 平川大辅 岛本须美 佐藤聪美 池田胜 田中壮太郎 长泽美树 堀胜之祐 西健亮 大西健晴 星野充昭 西宏子 小林将则 樱木信介 鸟海浩辅 叶月绘理乃 卷岛康一 西村知道 高梁碧 金子由之 阪脩 前野智昭 皆川纯子 川田绅司 福原耕平 广桥凉 宫内敦士 平井启二 松井范雄 宫崎宽务 井上悟 川野刚稔 小川真司 置鲇龙太郎 土田大 松田健一郎 门田幸子 斋藤千和 园崎未惠 饭岛肇 东龙一 野岛裕史 水泽史绘 高平成美 筈见纯 宗矢树赖
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