Light Yagami, un étudiant ordinaire, découvre un carnet noir qui prétend pouvoir tuer toute personne dont le nom et le visage sont connus de son propriétaire. Après avoir testé la Death Note, notamment sur un criminel qui retient son père en otage, Soichiro Yagami, Light rencontré le propriétaire original du carnet, un shinigami nommé Ryûk...

Ryûk, qui peut voir la durée de vie des humains, révèle à Light que Misa Amane, une idole populaire dont Light est fan, n'a peut-être plus que quelques jours à vivre. Light tente alors de prévenir Misa. Pendant ce temps, L. rencontre quelques membres de la police japonaise, dont Soichiro, afin de former une équipe spéciale chargée de capturer Kira.

Avec Raye Penber qui le suit toujours, Light se rend compte que l'appel téléphonique de L était, en fait, un piège. Light devient déterminé à tuer tous les agents du FBI impliqués dans l'affaire Kira afin de disperser les soupçons sur lui. Pendant ce temps, Misa sacrifie la moitié de sa durée de vie restante à Rem afin de recevoir les yeux de shinigami.

Suspectant que Mark Dwellton (Raye Penber) a rencontré Kira avant sa mort, L installe des caméras et des dispositifs d'écoute dans les maisons des familles que Mark suivait. Light s'en rend rapidement compte et élabore un plan pour prouver son innocence. Cependant, les soupçons de L ne faiblissent pas et il s'inscrit à l'université de Light...

Misa révèle qu'elle est tombée amoureuse de Light et qu'elle souhaite l'aider à tuer L. Au même moment, L révèle à son équipe que, d'après les derniers meurtres commis, une deuxième Kira pourrait être apparue. L suggère alors de recruter Light dans le groupe d'investigation, à la fois pour faire avancer l'enquête et prouver qu'il est bien Kira.

Light se rapproche de L et du groupe d'investigation afin de leur demander à être placé sous surveillance au motif qu'il pourrait inconsciemment agir comme Kira. Après l'incarcération de Light, les meurtres de criminels cessent pendant un certain temps, mais ils reprennent dès que Rem transmet la Death Note à un nouveau propriétaire.

Light et Misa se joignent au groupe d'investigation afin de capturer Kira. Cependant, les soupçons de L à leur égard ne faiblissent pas, car il les soupçonne d'avoir intentionnellement perdu la mémoire. Après avoir réalisé qu'ils sont soupçonnés par les autorités, un groupe de cadres de Yotsuba demande l'aide à l'enquêteur B (Babel)...

Après que le carnet a été confisqué par le groupe d'investigation, une fausse règle d'utilisation écrite par Ryûk convainc L que Light et Misa sont innocents. Pendant ce temps, Near est présenté à Soichiro comme étant le successeur de L, Misa s'est fait voler la Death Note laissée par Light, tandis que L prépare une confrontation finale avec Kira...

L révèle qu'il a dupé Light pour qu'il écrive dans un faux carnet, révélant ainsi sa véritable identité. Mais grâce à Mikami, L meurt d'une crise cardiaque sous les yeux du groupe d'investigation et Light parvient à prouver son innocence. Après l'enterrement de L, Near prend la tête du groupe et concentre l'enquête sur les procureurs entrés dans le QG...

Afin de sauver Sayu Yagami, son père Soichiro et son grand frère Light apportent lea Death Note à l'endroit indiqué par Himura Shouko, leur ancienne partenaire dans le groupe d'investigation. Sur les instructions de Near, Kanzo Mogi et les autres inspecteurs se préparent à prendre d'assaut l'endroit mais ils sont trahis par une personne inattendue !

Soichiro a suivi les traces de L en risquant sa vie pour arrêter son fils, Kira/Light. Light, qui a pris la décision de tout faire pour créer son monde idéal, sans crime, décide de mobiliser les forces de police afin de se débarrasser de Mello/Near. Mais Mello a aussi préparé un plan et compte bien tout risquer afin de prouver que Light est Kira !