Yagami Raito é um jovem estudante prodígio que leva uma vida considerada entediante ao seu ponto de vista. Isso muda quando ele encontra um estranho caderno com o título de "Death Note" no chão em um dia de 2003. No ínicio, Raito imagina ser apenas uma brincadeira de mal gosto, mas, após testá-lo, começa a aplicar uma espécie de "punição divina" aos criminosos. Não demora para Raito descobrir que o caderno possui um dono: um shinigami chamado Ryuuku.

Devido aos acontecimentos que se seguem, a polícia começa a suspeitar que alguém é responsável pelas mortes misteriosas dos criminosos. Então, a força policial começa a trabalhar em conjunto com "L", nomeado o melhor detetive do mundo. Raito agora intitulado de Kira por seus admiradores e pela imprensa, continua com seu objetivo de limpar o mundo, assassinando criminosos pelo Japão. Começa então um jogo de gato e rato entre L e Raito para ver quem terá sua identidade exposta primeiro.

Com a ajuda do FBI, L coloca Raito como suspeito e o monitora através de 64 camêras e microfones instalados em seu quarto. Light nota que está sendo espionado e faz planos inteligentes para continuar com os "julgamentos".

Sem nenhuma evidência e com as camêras retiradas, L ainda suspeita de Light e entra na mesma faculdade que ele com o nome falso de Hyuga Hideki. Após revelar a verdadeira identidade para Raito, L o convida para juntar-se à equipe de investigação com a intenção de continuar espionando-o.

Mais tarde, Raito e L concluem que há um Segundo Kira, que ao contrário do original, pode matar sem saber o nome da vítima. Depois de uma série de investigações, uma garota chamada Amane Misa aparece para Raito pedindo para que ele se torne seu namorado e em troca, ela o ajudará a descobrir o verdadeiro nome de L. L eventualmente deduz a identidade do Segundo Kira e prende Misa, essa, por sua vez, abdica a posse do Death Note, como parte do plano de Raito, perdendo as memórias relacionadas ao caderno.

Com várias evidências e suspeitas contra si, Raito pede para que L o prenda, porém, antes disso, ele passa o caderno para que outra pessoa continue com os "julgamentos de Kira" e enterra o segundo em uma floresta. Enquanto está preso, Raito abdica o Death note, perdendo todas as memórias relacionadas a ele.

Após 50 dias de detenção, L é forçado a soltar Misa e Raito. L arma um plano para que Yagami Soichiro, pai de Raito, fizesse ele e Misa acreditar que L concluiu que Kira é Yagami Raito e o Segundo Kira é Amane Misa, e levaria os dois para o corredor da morte. Assim se Raito realmente fosse Kira não se importaria em matar o próprio pai. De qualquer forma, L ainda continua a suspeitar de Raito e se prende a ele com algemas. Com a ajuda de Misa e os outros membros da equipe de investigação, Raito e L capturam o novo Kira, Kyosuke Higuchi, membro da Youtsuba.

Quando Raito toca o Death Note de Higuchi, todas as memórias perdidas são recuperadas. Então, ele mata Higuchi secretamente. Light faz com que a equipe de investigação suspeite de Misa novamente, forçando Remu, a shinigami que acompanhava Misa, a matar Watari, o ajudante de L e o próprio. Seis anos depois, Raito mantém a identidade de L e Kira, diminuindo a criminalidade no Japão. Muitas pessoas e governos do mundo declaram apoio a Kira, Raito está perto de alcançar seu objetivo.

Near, o verdadeiro sucessor de L, entra em contato com Raito e pede sua cooperação para capturar Kira. Near e seu rival Mello são dois jovens órfãos brilhantes que foram treinados para suceder L em um orfanato feito por Watari. Após a morte de L, eles deixaram o orfanato para capturar Kira com seus próprios meios. Mello se recusa a se unir a Near e consegue obter o Death Note sequestrando Yagami Sayu, irmã de Raito e filha de Yagami Soichiro, o chefe da polícia e membro da equipe de investigação. Quando o Death Note é recuperado pela equipe de investigação, Mello consegue descobrir algumas regras sobre o caderno. Near, por outro lado, consegue o apoio do governo americano e forma a SPK (Special Provision for Kira - Força-Tarefa de Combate a Kira).

Com uma informação dada por Mello, Near suspeita que o novo L é Kira. Mais tarde, Near deduz a identidade real de L graças a uma informação dada por Aizawa, outro membro da equipe de investigação. Percebendo as suspeitas, Raito pede para que Misa destrua todas as possíveis evidências contra eles e passe a posse do Death Note para Teru Mikami, uma pessoa que Raito escolheu para fazer os "julgamentos". Raito faz contato com Mikami através de Takada Kiyomi, a escolhida de Mikami como porta voz que havia sido namorada de Raito na universidade. Raito se aproxima de Takada e se revela como Kira. Enquanto isso, Near descobre sobre a existência de Mikami.

Raito pede para que Mikami escreva os nomes em um Death Note falso e mande a lista dos criminosos por e-mail para Takada toda noite. Takada então é encarregada de escrever os nomes no Death Note. O verdadeiro Death Note de Mikami é guardado em uma caixa de depósito de banco, que é usado apenas quando é mandado por Ratio. Near e a SPK observam Mikami e sua rotina, adquirindo assim a posse de seu Death Note falso.

Near e Raito decidem se encontrar para ver de uma vez por todas quem será o vencedor. Raito fica confiante de que Near achou o caderno falso e irá trocar pelo seu próprio para realizar o encontro. De repente, Mello sequestra Takada para capturar Raito. Takada mata Mello com um pedaço de folha do Death Note que carregava. Sabendo do sequestro através da TV, Mikami vai ao banco para matar Takada e destruir as evidências, Raito faz o mesmo com o pedaço do Death Note que carregava. A SPK percebe a mudança na rotina de Mikami e ganha acesso ao verdadeiro Death Note. Comparando os nomes do caderno real com o falso, Near descobre o plano de Raito para fazer com que Mikami carregue um Death Note falso para servir como isca. Então, Near troca os cadernos por cópias perfeitas.

Near e Raito se encontram em um depósito abandonado com suas equipes. Raito planejou que Mikami matasse a todos presentes usando seus olhos de shinigami, exceto o próprio Kira. Após isso, Raito chama Mikami para entrar, mas o tempo passa e ninguém morre. Mikami é preso pela SPK e Near revela que obteve o Death Note original recentemente. Então, é mostrado que Mikami havia escrito os nomes de todos os presentes no local, exceto Raito. Raito finalmente confessa ser Kira e explica sobre seu "mundo melhor", porém, Near o contraria dizendo que esse não é o modo certo de fazer justiça e o chama de assassino. Então, Raito tenta escrever o nome de Near em um pedaço do caderno que carregava em seu relógio, mas é baleado por Matsuda.

Em uma tentativa desesperada para vencer, Raito implora para que Ryuuku escreva os nomes no Death Note. Ao ver a situação de Raito, Ryuuku escreve seu nome no caderno. Raito implora por sua vida, porém, é em vão.

No fim, Near se torna o novo L e o mundo volta ao "normal". Matsuda e Ide questionam que o nível de criminalidade voltou ao normal e se era certo matar as pessoas que não vão de acordo com a justiça. Kira ainda arrecada seguidores mesmo estando morto.