《黄昏少女×失忆》围绕着就读于月之森学园的新谷贞一展开。贞一偶然在旧校舍遇到了幽灵夕子，夕子失去了生前的记忆，徘徊在校园里。贞一决定帮助夕子找回记忆，在此过程中，两人的关系逐渐加深。校园里不断发生各种灵异事件，而这些事件大多与夕子有着千丝万缕的联系。随着调查的深入，贞一和夕子发现了校园背后隐藏的秘密，也揭开了夕子死亡的真相。在这个过程中，贞一不仅要面对超自然现象，还要处理与同学、朋友之间的关系。故事充满了奇幻色彩，同时也不乏温馨与感动，展现了一段跨越生死的特殊情感。