Olbrzymie trzęsienie ziemi nawiedza Japonię i niszczy większą część Tokio zatapiając je w oceanie. Dziesięć lat później Ganta Igarashi – chłopiec ocalały z kataklizmu, wiedzie spokojne życie jako uczeń gimnazjum w Prefekturze Nagano. Wszystko jednak ulega zmianie, gdy tajemniczy Czerwony Człowiek masakruje wszystkich uczniów jego klasy. Kiedy Ganta budzi się w szpitalu zostaje otoczony przez policję i oskarżony o dokonanie mordu na swoich szkolnych kolegach. Po błyskawicznym procesie skazany na śmierć chłopiec ląduje w tajemniczym prywatnym więzieniu – Deadman Wonderland.

Uczeń Ganta Igarashi w ciągu jednego dnia został skazany na śmierć za zbrodnię, której nie popełnił. Ląduje w prywatnym więzieniu w zniszczonym trzęsieniem ziemi Tokio, zwanym Deadman Wonderland, którego skazani są główną atrakcją. W tym współczesnym koloseum walczą o życie na oczach tysięcy widzów i wycieczek szkolnych. Każdy z więźniów ma na szyi specjalną obrożę, która namierza ich położenie oraz wprowadza truciznę do ciała, na którą trzeba przyjmować odtrutkę co trzy dni. Na kupienie odtrutki trzeba zarobić odpowiednią sumę. Aby zdobyć cast points (waluta obowiązująca w więzieniu) skazany musi brać udział w śmiercionośnych, brutalnych, cyrkowych "grach" i przeżyć.
W czasie pobytu w tym specyficznym więzieniu Ganta codziennie walczy o życie starając się obsesyjnie odnaleźć właściwego winnego popełnionej zbrodni, oczyszczając jednocześnie swoje imię. To zadanie jest o tyle trudne, że traktowany jest jak najniebezpieczniejszy kryminalista. Poznaje tajemniczą dziewczynę Shiro, która jak się okazuje zna Gantę oraz dwulicowego kleptomana o imieniu You. Kiedy Ganta odkrywa, że posiada moc kontrolowania swojej krwi oraz używania jej jako potężnej broni, sprawy zaczynają się dla niego komplikować...