《幻想嘉年华第三季》以OVA形式分为三卷推出，每卷收录4话：第一卷《1st Season》于2011年8月14日发售，第二卷《2nd Season》于2011年10月28日发售，第三卷《3rd Season》于2011年12月31日发售，全剧共12话。此外，《EX Season》作为2011年11月26日发售的《TAKEMOON 武梨绘里TYPE-MOON作品集 特别版》OAD收录，《Special Season》则收录于2013年1月16日发售的TYPE-MOON十周年纪念活动BD BOX《TYPE-MOON Fes. -10TH ANNIVERSARY EVENT-》中。
故事从一家由猫咪经营的酒吧开始。猫咪们的交谈间，透露出一场足以冲破时空界限的疯狂盛宴即将降临。与此同时，冬木市再次举办令魔术师们趋之若鹜的“圣杯争霸战”。卫宫士郎、Saber、远坂凛、Archer、葛木宗一郎、Rider等人各自组成不同阵营，怀着夺取圣杯的强烈野心投入其中。然而，这一次决定胜负的方式却出人意料，参赛者必须通过网球、花牌、抽卡片、黑胡子等民间游戏展开较量。就在众人因接连不断的游戏而疲惫不堪时，圣杯终于现身。对圣杯深恶痛绝的卫宫士郎打算用投影出的武器将其摧毁，没想到被劈开的圣杯中竟冒出了本不属于这个时空的猫姬。随着猫姬出现，来自不同次元的魔术师被卷入其中，一场混乱而激烈的厮杀也正式拉开帷幕。
