ハートランドの大都市で、ユウマ・ツクモという少年は、同級生たちの心を満たす同じ目標――最高のデュエリストという称号を得ること――を夢見ている。しかし、彼の戦闘スキルは弱く未熟であるため、その野望は手が届かないように感じられる。転機は、学校のいじめっ子であるカミシロ・リョウガ「シャーク」が、父からユウマに譲り受けた鍵を手に取り、それを二つの欠片に割ってしまうとき訪れる。彼はそれが夢へ向かわせることを知らずに、少年をその道へと導く。ユウマは片方の欠片を保持し、シャークにデュエルを挑むが、彼はすぐに自分の未熟さではいじめっ子の腕前に敵わないと悟る。瞬く間に壊れた鍵が自ら修復し、彼の前に「運命の扉」が開く。鍵を使ってユウマはその扉を通り抜け、アストラルという名の異星人に迎えられる。彼はユウマだけが見ることのできる存在で、記憶の守護者だと主張する。困惑したユウマは、自分の記憶が100枚の「ナンバーカード」に分割されており、各カードには過去の断片が収められていることを知る。彼はそれらを集めなければならないが、他の者も同じカードを求めている。これらの啓示に直面し、ユウマとアストラルは神々の介入を問わず、現実そのものを崩壊させる恐れのある脅威からハートランド市を守らなければならない。
