"Fate/kaleid liner Prisma☆Illya 3rei!!" ist die vierte Staffel der "Prisma Illya"-Reihe und setzt die Geschichte der Protagonistin Illyasviel von Einzbern fort. Nach den Ereignissen der vorherigen Staffel wird Illya in eine parallele Welt transportiert, in der sie auf eine dystopische Version ihrer eigenen Realität trifft. Diese Welt wird von der Ainsworth-Familie beherrscht, die mithilfe mächtiger Magie und der Karte "Gilgamesh" versucht, die Menschheit zu retten, indem sie die Welt neu erschafft. Illya findet sich in einer Situation wieder, in der sie ihre Freunde und Verbündeten retten muss, während sie gleichzeitig die Geheimnisse dieser Welt und die wahren Absichten der Ainsworths aufdeckt.

In dieser Welt trifft Illya auf Miyu Edelfelt, die in dieser Realität als Schlüssel zur Rettung der Welt gilt. Miyu ist jedoch in der Gewalt der Ainsworths, und Illya muss sich mit neuen und alten Verbündeten zusammentun, um sie zu befreien. Zu diesen Verbündeten gehören unter anderem Kuro (Chloe von Einzbern), Rin Tohsaka und Luvia Edelfelt, die ebenfalls in die parallele Welt gelangen. Zusammen kämpfen sie gegen die mächtigen Diener der Ainsworths, darunter Julian Ainsworth, der als Antagonist eine zentrale Rolle spielt. Julian verfolgt einen komplexen Plan, der sowohl die Rettung als auch die Zerstörung der Welt beinhaltet, und stellt Illya und ihre Freunde vor große moralische und strategische Herausforderungen.

Die Handlung vertieft die mythologischen und magischen Elemente des "Fate"-Universums, wobei die Kämpfe zwischen den Magiern und ihren Dienern im Mittelpunkt stehen. Illya entwickelt sich weiter, indem sie ihre eigenen Kräfte und ihre Rolle als "Magical Girl" hinterfragt. Gleichzeitig werden die Beziehungen zwischen den Charakteren weiter ausgebaut, insbesondere die enge Bindung zwischen Illya und Miyu. Die Staffel kombiniert actionreiche Szenen mit emotionalen Momenten und legt den Grundstein für die weitere Entwicklung der Geschichte, die in späteren Fortsetzungen fortgeführt wird.