La historia comienza en el mundo de los shinigami, donde uno de estos seres llamado Ryuk, se encontraba aburrido; por otro lado, en el mundo humano, Light Yagami, un estudiante japonés, igualmente estaba aburrido. Un día, cuando Light termina las clases, encuentra un cuaderno negro tendido en el suelo, llamado «Death Note», un cuaderno sobrenatural que es capaz de matar personas si se escriben los nombres en él y si el portador visualiza mentalmente la cara de quien quiere asesinar. Más tarde comienza a leer las instrucciones y decide probarlo con un hombre que tenía secuestradas a varias personas. Cuarenta segundos después de haber escrito el nombre en la libreta, el secuestrador muere. Asombrado por el poder del cuaderno y al mismo tiempo dudoso, decide probarlo con otra persona, eligiendo a un joven que pretendía abusar de una chica y efectivamente el hombre muere, por lo que se da cuenta que su poder es real. Después de cinco días, recibe la visita de Ryuk, a quien Light le cuenta que su objetivo es matar a todos los criminales, para así limpiar al mundo de la maldad y convertirse en el «dios del nuevo mundo».

El número inexplicable de muertes en criminales llamaría la atención del FBI y la de un famoso detective privado conocido como «L». Este deduce rápidamente que el asesino en serie, apodado por el público como «Kira» (キラ? derivado de la típica pronunciación japonés de la palabra inglesa «killer», lit. «asesino»), se encuentra en Japón. Asimismo se da cuenta que Kira sólo asesina a criminales. Ryuk le dice a Light que si alguien toca la Death Note podría verlo, así que Light decide esconder el cuaderno. Mientras tanto, el FBI se encontraba debatiendo los extraños acontecimientos que suceden con los criminales.

L descubre cada vez más información sobre Kira, sospechando que puede ser un estudiante, ya que los días y horarios en que sus «victimas» morían coinciden con el tiempo libre de un estudiante. Sin embargo, Light se entera de dichas sospechas gracias a los archivos de su padre, que era el encargado de dicho caso; posteriormente Yagami descubre otra regla del Death Note que le permite alterar la hora de muerte de la víctima. Ryuk le comenta a Light que lo comienzan a seguir, por lo que éste último empieza a elaborar un plan.

Light, dispuesto a averiguar el nombre de la persona que lo sigue, decide experimentar con algunos criminales, consiguiendo manipular las acciones de las personas antes de que mueran en un determinado horario. Así que manipula a un criminal para que éste pueda facilitarle una coartada que no sólo lo ayude a estar libre de sospechas, sino también el de descubrir el nombre de su vigilante; a quien se identifica como Raye Penber.

Raye Penber le pide a Light que no le revele a nadie que es un policía secreto ni que se encuentra en Japón. Esa noche, Raye Penber le comenta sobre el incidente a su novia, Naomi Misora. Posteriormente, Light asesina a otros delincuentes, haciendo que éstos antes de morir escriban mensajes para L sobre los shinigamis, únicamente para probar los límites del Death Note. Más tarde, Light lleva a cabo su plan. Tras encontrar a Raye Penber en una estación de trenes, le revela su identidad y le explica que si no obedece lo que le ordene, matará a su novia. Ambos suben a un tren y durante el trayecto, Light pide a Raye que escriba en un formulario, que Light le entrega, el nombre de su superior. Unos segundos después, Light le pide que mire su correo electrónico. Descubre que ha recibido un mensaje de su superior con los nombres y fotografías de los agentes secretos en Japón. Light le ordena que escriba todos sus nombres y, aunque Raye no lo sabe, los está asesinando ya que el formulario es una hoja del Death Note. Finalmente, Light escribe el nombre de Raye en el cuaderno y muere de ataque cardíaco al bajar del tren. Gran parte de los agentes japoneses del caso Kira comienzan a renunciar, ya que temen ser asesinados, y cuando sólo quedan cinco agentes, L decide encontrarse con ellos en un hotel.

Los miembros de la investigación conocen a L personalmente. Éste les comenta sus conclusiones sobre el caso y les analiza para comprobar si alguno de ellos es Kira. Light examina sus anteriores acciones para comprobar que no haya nada que comprometa su identidad. Más tarde, va al cuartel general de la policía japonesa para llevar ropa limpia a su padre. Allí conoce a Naomi Misora, la novia de Raye Penber. Naomi le comenta a Light las conclusiones a las que había llegado y que intentaba transmitir a la policía japonesa. Al ser sus deducciones correctas, Light decide asesinarla.

Light escribe el nombre de Naomi un trozo del Death Note, pero resulta que es un nombre falso. Tras una serie de engaños consigue que Naomi le revele su verdadero nombre y logra escribirlo en el cuaderno haciendo que ésta se suicide. Mientras tanto, L se organiza con el FBI para elaborar planes para encontrar a Kira.

Light con ayuda de Ryuk descubre que se habían colocado 64 micrófonos y cámaras ocultas en toda su casa por orden de L para vigilarlo mejor, pero esto no es suficiente para detener a Light, quien evade las cámaras y los micrófonos mientras continúa asesinando a los criminales. Más tarde, Ryuk le indica donde están ubicadas las cámaras y micrófonos y el joven elabora un plan para continuar matando a criminales sin ser detectado frente a las cámaras, eso eventualmente le proporciona una coartada perfecta que le quita de toda sospecha, pues L es su propio testigo, por lo cual L ordena quitar las cámaras y los micrófonos y reducir sus sospechas en un 5%.

Light consigue entrar a la universidad con puntuación perfecta; igualmente lo logra un misterioso estudiante llamado Hideki Ryūga, quién realmente era L, ya que deseaba investigar a Light él mismo. Light siente que es otra de las sospechas de L, pero aun así, es muy cuidadoso con sus acciones. Asimismo decide que sería conveniente hacerse amigo de él; y así encontrar más información sobre su rival y estar al tanto de los descubrimientos del FBI.

L, en un intento de analizar la personalidad y comportamiento de su sospechoso, le pide tener un partido de tenis. Más tarde, el agente comienza a realizarle a Light preguntas sobre el «caso Kira» y decide pedirle que los ayude en el caso. Este también le hace pequeñas pruebas a su nuevo amigo y cada vez asegurándose de que no sea Kira. Posteriormente, los dos reciben la noticia de que Soichiro Yagami —el padre de Light— había tenido un ataque al corazón y se encontraba en el hospital. Light le promete a su padre que se asegurará de que Kira sea capturado.

El equipo de investigación sigue trabajando; Watari le informa su jefe que encienda el televisor en un canal llamado Sakura TV, en dicho programa los conductores aseguraban ser rehenes de Kira y que no tienen otra opción, más que transmitir los vídeos que contienen un mensaje de Kira. L al ver todos estos acontecimientos asume que Kira ahora puede matar con sólo ver el rostro, así que decide comunicarse con el subdirector del FBI para evitar más muertes de policías. Soichiro por otra parte logra llegar a los estudios de Sakura TV ocultando su rostro; una vez dentro Soichiro exige que todos los vídeos y copias le sean entregados, después llama al agente secreto asegurándole que posee los vídeos, pero que está acorralado. Por otro lado, Light contempla las noticias y por la manera en que reacciona, él no se relaciona con todas esas acciones, sin embargo, marca al segundo Kira como alguien peligroso, ya que si es capturado la existencia del Death Note sería pública, así que decide trabajar en el equipo de investigación de L.

L invita a Light para que les ayude en el caso. Le muestran los videos que han recibido supuestamente enviados por Kira, para encontrar alguna pista en la voz del lector de audio, haciéndole escuchar las grabaciones confiscadas por el equipo. Secretamente L quiere probar la capacidad de análisis de Light y llega a la conclusión de que él y Kira no pueden ser la misma persona. Por otra parte, el segundo Kira, Misa Amane, se encuentra hablando con un shinigami, llamado Rem. Light decide conocer al segundo Kira en persona, así que le envía una respuesta.

Misa, al ver un vídeo de la policía diciéndole que revele la identidad de Kira, utiliza sus ojos de shinigami para descubrir el verdadero nombre de Kira y decide ir a la casa de Light. Misa y Light hablan a solas; ella le pide a Light que sea su novio, pero éste tiene intenciones de utilizarla para matar a L y luego asesinarla a ella; pero Rem le dice que si piensa hacer eso lo matará.

Luego que Light termina de hablar con Misa, L afirma que Light ha sido su primer y mejor amigo. Light, sorprendido, le corresponde la amistad, diciéndole que lo echa de menos en la universidad. Light luego afirma que es amigo de Hideki Ryūga, pero Kira es el enemigo de L y el resto pasa a segundo plano. L llega a la conclusión de que los dos Kira se pudieron haber reunido.

Light se encuentra a L, cuando caminaba en universidad y éste invita a Light a comer pastel, pero en eso Misa llega. Light piensa que L se ha dado cuenta de su secreto, pero resulta que L es fan de Misa. L toca a Misa muy sospechosamente, sin que ella o Light se dieran cuenta de que le ha quitado algo importante para Light. Misa se presenta ante L y éste le responde con su «nombre» —Hideki Ryūga—, Misa se da cuenta de que L miente con su nombre, logrando ver el verdadero con los ojos del shinigami, pero Light hace que Misa no diga nada. Posteriormente, L arresta a Misa después de encontrar evidencia en contra de ella. Misa había hecho un significante sacrificio para proteger a Light.

Light idea un plan para poder salvar a Misa, pues si no lo hace, Rem lo matará. Haciendo que L lo ponga en observación durante un periodo de tiempo, Yagami tendrá que sacrificarse al igual que Misa, para poder salvarse y de igual manera a Misa. Soichiro —el padre de Light— hace el mismo sacrificio pues si su hijo fuera culpable el sería capaz de hacer cosas inimaginables. Light renuncia a la propiedad de su Death Note para borrar sus recuerdos. En las noticias se informa que Kira había asesinado a más criminales y L se siente confundido por el cambio en la mirada y actitud de Light. Intenta convencerlo de que confiese pero Light sin recuerdos del Death Note, se mantiene firme diciendo que él no es Kira.

Light y Misa no confiesan, así que Soichiro y L toman una decisión drástica; hacer una actuación en la cual el padre de Light iba a matarlo y luego se iba a suicidar, Light y Misa actúan como cualquier persona a punto de morir y L decide sacarlos de su confinamiento. Ahora alguien más estaba juzgando criminales en el nombre de Kira, la Death Note ahora pertenece a otra persona. Son 8 los sospechosos, todos pertenecientes al grupo Yotsuba.

Después de arreglar sus diferencias, Light y L comienzan a investigar juntos al grupo Yotsuba. Pero la policía ya no quiere intervenir en este asunto, pues el nuevo director los amenaza con despedirlos de su trabajo, así que las personas que ayudan a L son reducidas de nuevo, quedándose solo la gente que está dispuesta a renunciar a la policía y a buscar otro trabajo. L contrata a nuevos miembros para el equipo de investigación: un estafador llamado Aiber y una ladrona llamada Wedy.

Matsuda, uno de los miembros del equipo de investigación, se siente inferior por su falta de participación en el «caso Kira» y decide investigar al grupo Yotsuba por su cuenta. Encuentra evidencia de que Kira se encuentra en el edificio, pero antes de que pueda actuar se encuentra con los 8 sospechosos. Para no levantar sospecha, se hace pasar por el agente de Misa y envía un mensaje de auxilio a través de un cinturón especial. Como parte del plan de L, Matsuda finge su propia muerte para no ser asesinado por Kira. Después de algún tiempo, uno de los miembros de Yotsuba no quiere seguir haciendo reuniones privadas por temor a que sean descubiertos.

El equipo de investigación instala cámaras de vigilancia para ver las reuniones de Yotsuba, y se sorprenden de ver que discuten abiertamente sus métodos de matar mediante Kira. Light idea un plan y se contacta con Reiji Namikawa, uno de los ocho miembros del grupo. Ambos hacen un acuerdo para que el actúe como un espía y para que posponga las muertes que se habían planeado. L revela que todavía sospecha de Light de ser el primer Kira. Después, L convence a Misa para que se infiltre en el grupo y consiga información.

El tercer Kira se interesa por Misa y quiere casarse con ella. Más tarde, Rem contacta a Misa, que es capaz de ver a los shinigami. Misa está tomando un descanso de una reunión con Yotsuba. Sin embargo, los recuerdos de Misa de ser el segundo Kira, al tocar una parte del Death Note que Rem le había traído, no regresan. Rem le explica todo lo que ha sucedido y que debe confiar en Light. Al volver a la reunión descubre quién es el tercer Kira. Misa se las ingenia para obtener pruebas de que Higuchi es el criminal que L está buscando. Sin embargo, esto deja en L muchas sospechas acerca de lo fácil que fue capaz de determinar quién era Kira cuando ni siquiera él mismo pudo deducirlo.

Después de haber identificado a Kira en Yotsuba, L decide que Higuchi no debe ser atrapado hasta descubrir que métodos utiliza para matar. Para ello, deciden transmitir un especial de televisión por Sakura TV en el que alguien dirá conocer la identidad de Kira para atraer a Higuchi y descubrir como asesina a las personas. Varias personas de Yotsuba hacen un acuerdo con Light para que Higuchi caiga en la trampa. Mientras el tercer Kira se dirige a la estación de televisión, L y el equipo de investigación está atento a cualquier movimiento observando las cámaras instaladas con anterioridad. Higuchi está decidido a detener a la persona que revelará la identidad de Kira; Matsuda.

L idea el plan definitivo para atrapar a Higuchi y ver como mata a las personas. Matsuda aparece en un especial televisivo que prometía revelar la identidad de Kira al final, al ver esto Higuchi se desespera y empieza a buscar el nombre de Matsuda. Llama a la supuesta agencia en la que trabajaba Matsuda y le dicen que busque en los archivos de la compañía. Higuchi se dirige al edificio donde se encuentran los archivos, el cual era vigilado por L, al llegar busca y encuentra el supuesto nombre de Matsuda y lo anota en el cuaderno. Al ver que Matsuda no ha muerto, decide hacer el trato por los ojos de shinigami; todo esto estaba siendo observado por las cámaras de vigilancia de L. Luego Higuchi mata a un policía sin saber su nombre y L da la orden de atraparlo, tomando en consideración que puede matar con solo ver un rostro. Comienza una persecución en la que termina Higuchi atrapado por la policía. Sabiendo que fue expuesto, Higuchi está dispuesto a hacer lo que sea para evitar ser arrestado.

Capturan a Higuchi, el cual revela a la policía que mata con un cuaderno. Soichiro Yagami toca el cuaderno y ve a Rem. Una vez Light tiene de nuevo el cuaderno de vuelta en sus manos, recupera la memoria. Sin embargo, si Light deja de tocar la Death Note volverá a perder su memoria de forma automática. Para evitarlo, en un papel del cuaderno escondido en su reloj, escribe el nombre de Higuchi con su sangre para volver a ser el propietario del cuaderno y evitar así perder sus recuerdos. Por otro lado, Misa recupera también todos sus recuerdos al recuperar su cuaderno, volviendo a hacer el trato de los ojos con Ryuk con la intención de conocer el nombre verdadero de L.

L sigue pidiendo información a Rem sobre la Death Note, pero ella sigue poniendo de manifiesto tan poca información como le es posible. Mientras tanto, Misa comienza a usar su Death Note para matar a criminales. L se da cuenta de que un fragmento del Death Note funciona de forma idéntica al cuaderno completo y además deduce que la «regla de los trece días» es lo único que impide a Light y Misa ser los principales sospechosos. Rem comienza a sentir pánico al creer que es sólo cuestión de tiempo que Misa sea capturada. L y Light tienen una conversación sobre la manera en que ambos se alejan de otras personas y con qué frecuencia la gente miente. L revela al resto del equipo que está pensando en probar el Death Note. Watari y L son asesinados por Rem, aunque ella también muere. Light promete que, independientemente de lo que suceda, vengará la muerte de Watari y L.

El episodio muestra un resumen de la serie hasta el momento antes de volver con el argumento. Light comienza a juzgar criminales una vez más para crear su nuevo y perfecto mundo. Las naciones del mundo comienzan a apoyar a Kira, el mundo se divide en los que apoyan a Kira y los que no. 5 años después, Wammy's House, un orfanato para chicos superdotados de donde provenía L, recibe la noticia de que éste ha muerto. Esta noticia llega a los jóvenes Near y Mello, los sucesores de L. Aunque L señaló a Light como su sucesor, Mello y Near deciden investigar el «caso Kira» individualmente. En este episodio muere Aiber cuyo nombre verdadero es Tierry Morello, también muere Wedy (Marrie Kenwood) en un accidente y todos los miembros del grupo Yotsuba por parte de Kira.

Mientras Misa asesina a más criminales y Light toma el cargo de L, Mello y Near comienzan a actuar. El primero, con la ayuda de la mafia, secuestra al jefe de la policía para hacer un intercambio por el Death Note que está en manos de la policía japonesa. Por otro lado, Near habla con el presidente de Estados Unidos y crean la denominada «SPK» —«Special Provision for Kira» (lit. «Disposición Especial para Kira»)—, una organización destinada a atrapar a Kira. Light escribe el nombre del jefe de la policía en el cuaderno, por lo que el plan de Mello falla, aunque luego decide secuestrar a Sayu Yagami, la hermana de Light, con la misma intención.

Ante el chantaje de Mello, Light y su equipo se ven obligados a cooperar tanto como con los secuestradores como con la SPK. El equipo de investigación es informado de que el intercambio de Sayu por el Death Note se realizará en Los Ángeles, por lo que rápidamente toman un vuelo, de forma individual, a dicha ciudad. Soichiro es quién lleva la libreta y debe realizar el intercambio. Para su sorpresa, el avión desciende en medio del desierto. Una compuerta secreta es abierta hacia un subterráneo, lugar del intercambio. Antes que nada, uno de los secuaces de Mello comprueba el uso de la libreta escribiendo un nombre, verificando que es genuina. Luego del intercambio, recuperan a Sayu y Mello es quien se queda con la libreta.

Un shinigami desciende al mundo humano a recuperar el cuaderno que Ryuk le robó, lo que supone la renuncia por parte de Light a los derechos de posesión del cuaderno. Con la intención de recuperar el cuaderno robado, el equipo de investigación es enviado a irrumpir en la guarida de Mello y además, el padre de Light hace un pacto con Ryuk para obtener los ojos de shinigami. Finalmente, y justo tras recuperar el cuaderno y negarse a matar a Mello, el padre de Light muere. Sin embargo, y gracias a la renuncia de Light a la posesión del cuaderno, el padre de Light muere feliz al creer que su hijo no es Kira ya que puede ver, justo antes de morir, el tiempo de vida restante de éste.

Estados Unidos decide acatar el nuevo orden impuesto por Kira, por lo que ya no lo seguirá persiguiendo y además pone a su disposición toda su tecnología. Mello amenaza a la agente de la CIA y SPK Halle Lidner para que lo lleve a ver a Near, con el objetivo de recuperar una fotografía. Mello le confiesa a Near que algunas reglas del Death Note son falsas, especialmente la «regla de los trece días». A la vista de los acontecimientos, el supuesto portavoz televisivo de Kira, Hitoshi Demegawa decide promover un linchamiento general a los miembros restantes de la SPK.

El linchamiento contra la SPK promovido por Demegawa queda frustrado debido a que Near arroja dinero a los manifestantes, para luego escapar. Light, al darse cuenta de que las personas con las cuales trabaja están sospechando que él es Kira, decide elegir una nueva mano derecha que reemplace a Misa. El elegido en cuestión es un hombre llamado Mikami Teru, un fiscal con un triste pasado que adora a Kira como su propio dios.

Luego del asesinato de Demegawa por parte de Mikami Teru, éste elije como nuevo portavoz de Kira a Kiyomi Takada, una ex compañera y novia de Light de la universidad. Mello y su amigo Matt deciden vigilar a Misa sospechando que ella es el segundo Kira. Light decide encontrarse con Takada en un hotel para contarle toda la verdad acerca de los episodios pasados y su relación con Misa, convirtiéndola en una nueva y valiosa aliada.

Kiyomi Takada, la nueva portavoz de Kira, decide hablar con Misa para averiguar si ella era el segundo Kira. En su habitación, Mikami sigue matando criminales como «X-Kira» cuando recibe una llamada de Takada. Ella le pide que envíe una carta como si fuera de un fanático, que sólo ella reconocerá, con cinco páginas de la libreta. Near envía a Lidner como la nueva guardaespaldas de Takada. Mientras tanto, Near y su compañero Gevanni descubren que Mikami Teru es X-Kira, al verlo matar a un hombre en el metro escribiendo su nombre en el Death Note.

Aizawa sospecha que Light y Takada se comunican a través de mensajes escritos, por lo que coloca una marca en algunas hojas de la habitación. Gevanni observa a Mikami murmurar y envía esa información a Near. La SPK descubre que Mikami hablaba sobre un shinigami. Una vez termina la reunión Aizawa descubre que su teoría es correcta; Takada y Light se comunican a través de mensajes, lo que acrecienta la sospecha de Aizawa sobre Light. Lidner y Lester, ambos de la SPK, secuestran a Misa y Mogi.

Mello, con la ayuda de su compañero Matt decide secuestrar a Takada al descubrir la relación entre ella y Light. Sin embargo, Matt muere abaleado por los guardaespaldas de Takada y Mello muere a manos de ella por indicación de Light, que había previsto un posible retorno de Mello. Mientras, Near acuerda con Light una reunión entre los 2 equipos; la SPK y el equipo de investigación. Finalmente, y en giro sorprendente de los acontecimientos, Light provoca que Takada se suicide y queme el lugar en el que Mello la tenía recluida.

Llega el día de la reunión, donde se revelan las verdades de los 2 equipos. Mikami es utilizado por Light para que mirase los verdaderos nombres de la SPK, y los matase con el cuaderno. Mientras Mikami escribe los nombres, Near dice que no hay por qué temer por que alteró el cuaderno. Mikami termina de escribir los nombres y Light dice que su plan resultó a la perfección, revela que había un cuaderno falso y uno verdadero, dice que el que manipuló Near era el falso. Mikami entra en la habitación por orden de Light y cuenta los segundos restantes para que el cuaderno surta efecto.

Descubren que el cuaderno no ha funcionado, Near explica que cuando dijo que alteró el cuaderno se refería tanto al falso, como al verdadero; cuenta que Mikami fue al banco y buscó el cuaderno auténtico para ayudar a Light a matar a Takada y Near acusa directamente a Light de ser Kira por que entre los nombres escritos en el cuaderno, no se encontraba el suyo. Light, al sentirse acorralado por las deducciones y verdades de Near, revela que es cierto. Intenta matarlo con un trozo del Death Note que tenía guardado en su reloj, pero es disparado por Matsuda. Mikami se suicida al ver que Light había sido derrotado y éste, al ver que no podía hacer nada, escapa mientras va recordando todo lo que vivió. Como había prometido al principio de la historia, Ryuk escribe el nombre de Light en el cuaderno. Light escondido en un edificio, muere por ataque cardíaco tirado sobre unas escaleras, viendo a aquel que lo consideró como su primer amigo, L. Finalmente, el capítulo termina con Misa Amane en solitaria en el bordillo de un edificio de gran altura. Queda a deducir por el espectador si intenta suicidarse o sencillamente mira el horizonte pensativa por todo lo sucedido.