Adaptada del manga de Maybe, Tasogare Otome x Amnesia se ambienta en la Academia Privada Seikyou, donde el antiguo edificio escolar está envuelto en rumores ocultistas. Desde hace 60 años, su sótano es el hogar de Yuuko, una joven cuya muerte sigue siendo un misterio incluso para ella misma; no recuerda ni su vida ni cómo murió. Decidida a no dejar que esos recuerdos perdidos se desvanezcan, se hace cargo del Club de Investigaciones Paranormales y empieza a rastrear los Siete Misterios del centro en busca de pistas.
Su búsqueda se vuelve personal cuando conoce a Teiichi Niiya, un alumno de primer curso capaz de verla y arrastrado al lado oculto de la academia. Teiichi decide ayudar a Yuuko a desentrañar la verdad que se oculta tras su existencia, y su investigación pronto arrastra también a Kirie Kanoe, pariente de Yuuko, junto con Momoe Okonogi, una alumna de segundo curso que sigue felizmente ajena al caos sobrenatural que la rodea. Mientras los cuatro se abren paso entre leyendas susurradas, pasillos vacíos y temores a medio recordar, el trabajo del club va revelando poco a poco cómo los secretos de la escuela están ligados al pasado olvidado de Yuuko.
Con un equilibrio entre la tensión de una historia de fantasmas y la intimidad de la vida escolar, Tasogare Otome x Amnesia combina intriga sobrenatural, romance agridulce y un misterio melancólico al seguir el vínculo que se forja entre los vivos y los muertos en la Academia Privada Seikyou.