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。
演员：羽多野涉 宫野真守 平川大辅 细谷佳正 樱井孝宏 诸星堇 神谷浩史 小清水亚美 石田彰 小山力也 森川智之 福山润 铃村健一 雨宫天 花泽香菜 小野贤章 濑户麻沙美 宫本充 岛村侑 柳田淳一 铃木崚汰 谷山纪章 河西健吾 武内骏辅 诹访部顺一 丰永利行 小见川千明 工藤晴香 上村祐翔 花仓洸幸 水中雅章 内田夕夜
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演员：佐佐木望 大塚周夫 天野由梨 冬马由美 青野武 乡里大辅 松井摩味 山崎和佳奈 若本规夫 丸尾知子 江川央生 盐泽兼人 岸野幸正 萩森侚子 太田真一郎 置鲇龙太郎 八奈见乘儿 速水奖 矢尾一树 鹤广美 平野正人 中村尚子 南场千惠子 丸山美由纪 加藤谦吾 小林俊夫 田中一成 田中和实 岛方淳子 田中宏幸 野本礼三 佐藤正治 上村典子 挂川裕彦
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