《黃昏少女×失憶》以創校60年以上的傳統學校“私立誠教學園”為舞台。私立誠教學園建立在一座小山上俯瞰著整個城市，不過學園自創立以來，以“舊校舍的幽靈”為首的各式各樣鬼怪故事和城市傳說在學生之間流傳。有一天，在校生新穀貞一遇見穿著現在已被停用的黑水手服的不可思議的女學生。那位女學生稱自己正是“舊校舍的幽靈”夕子，並希望貞一協助她找出自己的死因與真相。等待他們的究竟是如何的未來呢？