努力するだけ無駄、未来なんて変えられない、惰性を絵に描いたような大学3年生、星野新太（岡田将生）は、就職活動の時期にも関わらず、毎日を何となく過ごしていた。 ある日、同級生の森口類（本郷奏多）が新太のところへ就職セミナーの資料を持ってくるが、関心のない様子。そこへ新太を慕う後輩の高坂王子（菊池風磨）がやってきて3人で話していると、類が新太の携帯に飲み物をこぼしてしまった。壊してしまった類は、2台持っていたクロノス限定のスマートフォンを代わりにと新太へ渡す。ずっとこのスマートフォンがほしかった新太は嬉しそうな様子。自宅に戻った新太は何気なく日記アプリをインストールし、「将来なんて考えたくない」と書き込む。 翌朝、新太に不思議なことが起きる。書いてもない日記が次々に更新されていくのだ。しかも更新される日記は「過去」を描いたものでなく「未来」を描いたもの。新太が類から手渡されたスマートフォンは『未来日記』だったのだ。未来を手にした新太は意気揚々。 そんな時、新太の前に謎めいた美少女・古崎由乃（剛力彩芽）が現れた。由乃は新太と同じく『未来日記』の所有者で、新太を盲目的に愛し、新太の行くところには必ず現れ、新太のことは何でも知っていた。この一方的に想いをよせる由乃の奇抜な行動に戸惑う新太。さらに新太に衝撃が走る。なんと未来日記に「星野新太、死亡＝DEAD END」と表示される。新太は「未来日記」を所持する者同士、最後のひとりだけが生き残ることのできるサバイバルゲームに強制参加させられたのだった。

星野新太（岡田将生）、古崎由乃（剛力彩芽）、森口類（本郷奏多）、沖江春奈（福田麻由子）は新太と由乃の「未来日記」の画面に現れたゲームの主催者・デウスからのメッセージをみる。デウスは「未来日記」を所持するのが7名で、残り1名になるまでお互いを殺し合え、と指示。最後まで生き残ったものには、素晴らしい未来を与えると約束した。 そんな新太たちを物陰から見つめる制服姿の少女がいた。その少女・不破めぐみ（二階堂ふみ）も「未来日記」の所有者だった。その後、類は自分を訪ねてきた刑事で「未来日記」所有者の萩戸（岡田義徳）に、デウスから聞いたことを話す。そもそも、誘拐された類の妹・春奈を返還するため、類が犯人から指定された新太・由乃・萩戸・めぐみの4人に「未来日記」を渡したことで、“ゲーム”は始まったのだ。 同じ頃、新太と由乃は、いちるの望みを持って新太の父・九郎（光石研）が勤めるクロノスシード社を訪ねたが、九郎は在籍していなかった。自分が父を殺してしまったかもしれない、と落ち込む新太に由乃は、ゲームに勝って最後のひとりに残れば九郎を取り戻せるはずだと話す。新太は信じられないが、由乃はそれがルールだから、と笑顔を見せた。 その後、類とめぐみが話しているところに新太がやってきた。類は新太に、めぐみが自分が家庭教師として面倒をみていた生徒だと話す。「未来日記」所有者同士協力を誓う新太とめぐみ。しかし、新太の「未来日記」に、そのめぐみが倉庫に監禁されている、とのメッセージが届き・・・。

星野新太（岡田将生）は、目を覚ますと古崎由乃（剛力彩芽）の自宅のソファにいた。服を着ていない自分に驚き由乃に尋ねるが、由乃は笑顔ではぐらかす。そんななか、テレビのニュースは、3人の被害者を出している連続通り魔事件について伝えていた。そのとき、新太の未来日記から更新音が鳴り、画面に「古崎由乃の家で通り魔を殺した」と表示された。 そこへ、兄にお見舞いを頼まれたと言って森口類（本郷奏多）の妹の沖江春奈（福田麻由子）がやってくる。3時間後に通り魔を殺すかもしれない新太は春奈に帰るよう促し、春奈は由乃の家を後にした。そんな姿を、隠しカメラがとらえていた――。 同じ頃、高坂王子（菊池風磨）は、類に新太と由乃の2ショット写真を見せ、ふたりはどんな関係なのか、と聞き出そうとしていた。 また、星野九郎（光石研）の失踪を不審に思ったクロノスシード社の社員が警察に捜査依頼を出し、戸金次郎（岡田義徳）が事情聴取にやってくる。ちょうどその頃、社長の木部徹（佐野史郎）が記者たちに囲まれていた。自社のスマートフォンが犯罪に使われていることについて聞かれた木部は、ある意味誇りだ、などと記者を煽るような発言をする。 未来日記が予告した時間が近づくなか、新太に類からパソコンを見ろ、と電話が入る。そこにはなんと九郎からの動画メッセージが上がっていたのだった。