Sayaka, vì tình cảm với bạn thuở nhỏ Kamijou Kyousuke, đã ước giúp cậu hồi phục và trở thành ma pháp thiếu nữ. Nhưng sau khi phát hiện sự thật rằng linh hồn mình bị phong ấn trong Soul Gem, Sayaka rơi vào tuyệt vọng, cuối cùng biến thành ma nữ. Sakura Kyouko, ban đầu đối địch với Sayaka, dần thấu hiểu và hy sinh cùng cô. Homura, vốn có khả năng quay ngược thời gian, đã nhiều lần tìm cách ngăn Madoka trở thành ma pháp thiếu nữ nhưng luôn thất bại.

Khi trận chiến với ma nữ tối thượng Walpurgis Night đến gần, Madoka cuối cùng ước xóa bỏ sự tồn tại của toàn bộ ma nữ, trở thành thực thể thần thánh tái thiết vũ trụ. Cái giá là cô biến mất khỏi thế gian và ký ức mọi người, chỉ còn Homura và em trai Tatsuya nhớ đến cô. Bộ phim khắc họa sâu sắc sự hy sinh, tuyệt vọng và sức mạnh tiềm ẩn của tình cảm con người trong vòng xoáy định mệnh.