故事发生在民国年间的上海,小说名家古鹏新作问世,与其秘书徐梦飞在众人面前因著作权产生冲突,导致徐梦飞第二天被人杀害,新闻界一片哗然。大侦探霍桑介入此案侦破,他在现场勘查了所有物证,并对古鹏产生了怀疑。当他携带证据找古鹏父女对质时,一个叫苏淑琴的女人来自首,承认自己是凶手,是因徐喜新厌旧而杀了他。验尸报告出乎所有人意外,死者竟不是徐梦飞。正在这时,苏淑琴离奇死亡,又给侦破工作蒙上光怪陆离的阴影。考虑再三,霍桑准备用引蛇出洞的方法擒获真凶。于是,《申报》刊登出古鹏住院的消息……。这是一个跨越千年的故事。以表演人偶为生的青年国崎往人(小野大辅 配音)行走到了一个海边的小镇。四处游走的往人一直在寻找着“空中的少女”,这是往人的母亲逝世前曾一直对他说的话。原来流传着这样一个故事。有着翅膀的女孩被视为不幸的象征,终日被关在不见光的房间里,直到遇到那个命定的少年。二人就这样相爱了,但这恋情是不被允许的。于是女孩受到诅咒,陷入了轮回之中。往人在小镇里邂逅了少女神尾观铃(川上伦子 配音)。体弱多病的观铃和传说中的女孩极其相似。而他们的相遇如同千年前的那个传说,轮回的齿轮又开始了不休的运作……
本片根据Key社著名的同名游戏改编,还有同名剧场版动画。。