Kannazuki no Miko inizia nel villaggio di Mahoroba, dove vivono due studentesse della prestigiosa Accademia Ototachibana, due ragazze differenti come il giorno e la notte. Himeko è timida e trascurata, mentre Chikane è audace ed elegante. Nonostante queste differenze, le due fanciulle si amano, e nulla sembra essere in grado di dividerle. Nel giorno del loro del loro compleanno, però, il sole improvvisamente si oscura e un demone versione robot compare per ucciderle. Le due ragazze, però, scoprono di essere, rispettivamente, la sacerdotessa del Sole e quella della Luna; e dopo aver scacciato il demone dovranno impegnarsi in una lotta per cercare di fermare il risveglio di un dio malvagio che vive sulla Luna e che vuole distruggere il mondo.