《只有我不存在的城市》动画讲述了藤沼悟(满岛真之介 配音)拥有着能够回到过去的特异功能，母亲佐知子(高山南 配音)被害，曾经信赖的朋友白鸟润(水岛大宙 配音)即将作为儿童连续杀人案的真凶被处以死刑，在这个节骨眼上，悟忽然回到了1988年，回到了当时就读的小学。 彼时，在杀人案件中死去的同班同学雏月加代(悠木碧 配音)和山田广美(鬼头明里 配音)尚未被害，悟决心利用自己的能力保护加代和广美的安全，洗清白鸟润身上的冤屈，并且找到真正的幕后黑手。在悟的努力下，个性阴沉孤僻的加代终于向他敞开了心胸，两人结下了深厚的友谊。很快，案件发生的那一天来临了，茫茫的黑夜过去，当光明来临时，悟能否再度看见加代天真的笑脸呢?
