《ZEXAL》的故事发生在近未来都市“心之地市”，而《ZEXALII》里则转往两个更高次元的世界：“星光界”和“巴利安世界”(又译异晶人世界，下同)。在心之地市盛行AR决斗(AR·デュエル)，AR意为扩增实境，在规则和一般站立式决斗无异。决斗者需使用“D视镜(D・ゲイザー)”和“D面板(D・パッド，D Pad)”进行决斗，这些装备只用于提升作中角色视角的视觉效果。《ZEXAL》的主流召唤方式是超量召唤(エクシーズ召喚)，借由将两个以上的怪兽“叠放”而召唤超量怪兽入场，在超量怪兽中有100张“编号怪兽”，是主角欲搜集的目标。

中学生九十九游马与学校头号不良少年神代凌牙决斗，而这场决斗改变游马的命运。于该决斗中，出现在九十九游马梦里的诡异大门突然出现，并由九十九游马利用挂坠打开。大门散发出无数光芒，站著九十九游马身旁的是从异世界来的神秘生命体阿斯特拉尔，为取回阿斯特拉尔失去的记忆，需要拿回99张编号怪兽，因此九十九游马及阿斯特拉尔两人开始一起行动。

阿斯特拉尔出现真正目的是什么?新的怪兽“编号怪兽”的存在到底是何方神圣?面对持续出现在游马面前的强力劲敌，阿斯特拉尔身上的谜团也逐渐明朗。而本作就是讲述这搭挡缔造的新决斗传说。

故事由天和国秘女王交接仪式展开，由于秘女族惟有少女可以继任，秘女族的少年諽被其祖母逼迫假扮女装参与秘女王交接仪式。仪式中发生秘女王的部属12神鞘的背叛，諽被指称行凶者而被追杀，却被神开之森吞噬……

另一方面，现代日本，就读高中一年级的日之原革，为了遗忘伤痛的过去，原本也决心在高中重新开始，但是没想到在国中发生的噩梦再次袭来，绝望中期望自己从世上消失，在暗巷中听到某人呼唤他的名字……

两个异世界的少年革与諽彼此交换身份，諽替换革的身份来到日本，而革替换成諽来到天和国……

革在天和国接受了秘女王的请托，并带着剑神“创世”一同开启与其他12神鞘的降服大战……