Diez años han pasado desde «El Gran Terremoto de Tokio», un desastre natural que hundió más del 70% de Tokio en el océano. Igarashi Ganta es un estudiante de escuela secundaria de 14 años en la Prefectura Nagano. Ganta es un superviviente del terremoto, pero él no tiene ningún recuerdo sobre el desastre y simplemente desea vivir una vida normal. Todo cambió un día cuando un hombre misterioso cubierto de sangre se le aparece en la ventana de su aula. «El Hombre Rojo» mata a los compañeros de clase de Ganta, pero extrañamente lo deja vivir y le introduce un cristal carmesí en su pecho. La vida de Ganta va de mal en peor cuando es acusado injustamente, siendo declarado culpable por los espantosos asesinatos y condenado a muerte en «Deadman Wonderland».

Deadman Wonderland (DW) es la única prisión de Japón manejada por una empresa privada, construida después del terremoto como una atracción turística para ayudar a reanimar a Tokio. Los prisioneros sirven como el personal y el entretenimiento para los visitantes, como así también posee un juego secreto llamado "Carnival Corpse", el cual es realizado con el aporte de donantes privados que pagan para ver los combates entre Deadman. Debido a la naturaleza atroz del crimen de Ganta, a él le dan «la pena de muerte» de DW, que se trata de un collar metálico que inyecta lentamente veneno en su cuerpo. El único modo de retrasar su «ejecución», es consumiendo un antídoto especial, parecido a un caramelo, cada tres días. Poco después de llegar a la prisión, Ganta se encuentra con una muchacha misteriosa llamada Shiro, que parece conocer a Ganta del pasado.

En su búsqueda por profesar su inocencia y obtener venganza, Ganta se obsesiona con encontrar al «Hombre Rojo», que puede estar en algún sitio dentro de la prisión. En el curso de su búsqueda, Ganta comienza a desarrollar una capacidad extraña para controlar su sangre. Pronto descubre un nivel secreto debajo de la prisión en donde habitan los «Deadman». Estos, como Ganta, pueden controlar su sangre y usarla como un arma.