Аниме повествует о японском подростке Ягами Лайте, который считается самым лучшим учеником своей школы и мечтает о чистом мире без преступников и насилия. Однажды по случайности он находит тетрадь смерти во дворе своей школы и начинает её изучать. Тетрадь в мир людей бросил бог смерти Рюк, которому стало интересно узнать, как поведет себя человек, нашедший вещь, обладающую такой силой. Правила тетради заключаются в следующем: необходимо написать имя человека, которому предстоит умереть; но при этом нужно знать, как этот человек выглядит (это правило помогает защищать людей, носящих одинаковые имена). Если не описать причину смерти, то человек умрет через сорок секунд от сердечного приступа.
Придя домой, Ягами решает опробовать тетрадь в действии и вписывает в нее имя преступника, увиденного по телевизору. К его удивлению, тетрадь действительно срабатывает, и преступник умирает от сердечного приступа через положенное время. В этот момент Лайт понимает, что с помощью тетради он способен изменить мир и избавить его от безответственных людей, оставив только достойных и добрых, которые помогут ему построить новое прогрессивное общество.
Через некоторое время Лайта посещает сам бог смерти Рюк и объясняет ему принцип работы с тетрадью. Он рассказывает о том, что только коснувшийся тетради способен видеть богов смерти и разговаривать с ними. Также он говорит, что тетрадь попала в руки Лайта по чистой случайности, и теперь подростку предстоит развлечь Рюка. Бог смерти указывает, что он не будет ни помогать, ни мешать Ягами, так как он выступает в качестве обыденного наблюдателя. Рюк просит лишь одно: кормить его яблоками, которые так ему нравятся.
Ягами начинает входить во вкус и убивать все больше и больше преступников. После возвращения из школы он на протяжении нескольких часов занимается вписыванием имен преступников, услышанных или увиденных в СМИ. Также он тщательно прячет тетрадь в двойном ящике твоего стола, который открывается с помощью специального механизма. Полиция начинает интересоваться тенденцией регулярной смерти многочисленных преступников от сердечного приступа. Вскоре полиция нанимает гениального детектива по прозвищу L (Эл), личность и имя которого тщательно скрываются. Однако при расследовании этого дела Эл впервые показал себя своим коллегам.
Между Элом и Ягами возникает невидимая борьба. Два умнейших подростка Японии столкнулись друг с другом в битве хитрости и ловкости. Оба гения вынуждены быть очень внимательны и аккуратны, потому что малейший просчет будет стоить им жизни.
К сожалению многих фанатов аниме, после ожесточенного противостояния, Ягами побеждает Эла нечестным путем, привлекая к делу посторонних игроков и жертвуя жизнью одного из богов смерти. Однако аниме на этом не завершается. До последнего Эл был уверен в том, что именно Лайт является серийным убийцей по прозвищу Кира, именно поэтому он заранее привлек к расследованию своих последователей в лице двух мальчиков — Ниа и Мэлло. Мальчики жили в интернате для одаренных детей, где в свое время и рос сам Эл. Он знал о том, что проиграет, поэтому продумал дальнейший ход расследования уже с помощью своих младших преемников.
Так как Эл не назначил официального наследника своего дела, на это место претендовали абсолютно непохожие друг на друга Ниа и Мэлло. Оба они были крайне умны и хитры, однако Ниа был замкнут, нелюдим и молчалив, как Эл, а Мэлло — вспыльчив и агрессивен. Однако Мэлло умел находить с окружающими общий язык, в то время как его товарищ всячески избегал контакта с посторонними. Между героями возникало множество споров и разногласий, из-за чего им не удавалось раскрыть дело Киры несколько лет. Но несмотря на огромные различия в характерах, они сумели объединить усилия и решить головоломку. Во многом безрассудные действия Мэлло, в конце концов, помогают Ниа, и с помощью фальшивой тетради смерти детективам удается раскрыть личность Киры и избавиться от него.
В последнее серии Ниа и Лайт встречаются на заброшенном складе. Ягами уверен, что победил Ниа, и готовится торжествующе рассмеяться всем в лицо, объявив детективам правду о себе. Однако тетрадь, куда помощник Лайта вписал имена следователей, была подделана, из-за чего все остаются живы, а сам Кира срывается и начинает смеяться, как сумасшедший. Ягами открывает правду о себе и пытается вписать имя Ниа в листочек из тетради, спрятанный в его часах, однако выстрелы останавливают его. Лайт начинает убегать и в конце концов, умирает на лестнице от сердечного приступа.
Ниа решает не рассказывать миру о личности Киры, тем самым выражая дань уважения своему гениальному сопернику, которому удалось снизить уровень преступности в десятки раз и остановить войну. В СМИ решают объявить, что Кира по неизвестной никому причине перестал совершать свои преступления.
