''Angel Beats!'' mengambil latar di sebuah SMA yang bertindak sebagai Apitempat Penyucianuntuk menghilangkan penyesalan mereka, di mana para siswanya belajar untuk menghilangkan sisa-sisa beban atau penyesalan dari kehidupan sebelumnya, sebelum melanjutkan ke kehidupan setelah kematian atau reinkarnasi. Luka dan kematian tidak ada di tempat ini, walaupun orang-orang di sekolah ''afterlife'' ini masih bisa merasakan sakit atau hal lain seperti yang mereka lakukan semasa hidup, mereka juga dapat mati, namun kemudian akan tersadar kembali beberapa saat tanpa luka. Cerita ini mengisahkan tokoh utama yakni Otonashi, seorang anak yang mengalami [[amnesia]] mengenai kehidupan masa lalunya setelah mngalami kematian. Setelah kebangkitannya di akhirat ini, ia bertemu dengan seorang gadis bernama Yuri yang mengajaknya untuk bergabung dengan {{Nihongo|Shinda Sekai Sensen (SSS)|死んだ世界戦線||Afterlife Battlefront}}. Sebuah organisasi yang ia dirikan untuk berperang melawan Tuhan sebagai protes atas kejamnya nasib para anggota SSS dalam kehidupan mereka sebelumnya. Dalam SSS, terdapat grup band yang beranggotakan empat gadis, dengan nama ''Girls Dead Monster'' yang bertindak sebagi pengalih perhatian saat dilakukannya misi. Terdapat pula sebuah organisasi yang disebut ''Guild'' yang memasok senjata dan perlengkapan untuk SSS. Musuh mereka satu-satunya di dunia ini adalah ketua OSIS, {{Nihongo|Angel|天使|Tenshi|}}, siswi dengan kekuatan supernatural yang bertempur melawan SSS. Yuri berpendapat bahwa orang yang mengikuti perintah dari Angel dan berperilaku seperti siswa normal di sekolah pada akhirnya akan menghilang dan bereinkarnasi.
Karakter pertama yang dapat memenuhi keinginannya dan menghilang adalah Iwasawa, pemimpin ''Girls Dead Monster''. Angel, yang memiliki nama asli Kanade Tachibana, kehilangan posisinya sebagai ketua OSIS dan wakilnya Naoi yang selanjutnya diangkat menjadi ketua OSIS. Naoi menggunakan kekuatan [[hipnotis]] untuk mengendalikan ''NPC'' agar melawan SSS, tetapi Otonashi berhasil menghentikannya setelah ia mengakui keberadaan Naoi, yang kemudia bergabung dengan SSS. Otonashi mendapatkan kembali sebagian ingatannya yang hilang berkat bantuan hipnotis. Otonashi berteman dengan Kanade dan mengajaknya untuk ikut dalam aktivitas SSS. Setelah Otonashi mengingat kembali detil kehidupan dan kematiannya, ia mulai bekerja sama dengan Kanade untuk membantu anggota SSS yang lain agar berhasil menghilangkan penyesalan sebelum bereinkarnasi. Kanade kembali menjadi ketua OSIS sesuai dengan rencana Otonashi. Yui, gadis yang menggantikan Iwasawa, menjadi karakter kedua yang dapat memenuhi keinginannya dan menghilang.
