Fabuła Angel Beats! rozgrywa się w liceum, działającym jako otchłań. Postacie mogą odczuwać ból tak samo jak wtedy, kiedy żyli, mogą umierać ponownie i budzić się po jakimś czasie bez większych obrażeń. Fabuła toczy się wokół głównego bohatera – Otonashiego, chłopcu, który stracił pamięć o swoim życiu przed śmiercią. Spotyka Yuri, dziewczynę, która zaprasza go do przyłączenia się do Shinda Sekai Sensen (SSS), organizacji, którą założyła i prowadzi, której członkowie walczą przeciwko Bogu za swój okrutny los (wspomnienia) doświadczony w życiu (przed śmiercią). W SSS jest zespół tworzony przez cztery dziewczyny o nazwie Girls Dead Monster, działający jako dywersja podczas misji oraz organizacja zwana Guild (Gildia), produkująca broń i dostarcza ją dla członków SSS. Ich wrogiem jest Anioł, dziewczyna o nadprzyrodzonych mocach, przewodnicząca szkolnego samorządu. Pozostali uczniowie i nauczyciele to bohaterowie niezależni (NPC), którzy nie są ludźmi, jednak wyglądają i zachowują się jak zwykłe osoby.