Diez años han pasado desde «El Gran Terremoto de Tokio», un desastre natural que hundió más del 70% de Tokio en el océano. Ganta Igarashi es un estudiante de escuela secundaria de 14 años en la Prefectura Nagano. Ganta es un superviviente del terremoto, pero él no tiene ninguna memoria sobre el desastre y simplemente desea jugar al fútbol y vivir una vida normal. Todo cambió un día cuando un hombre misterioso cubierto en sangre aparece fuera de su ventana del aula. «El Hombre Rojo» mata a los compañeros de clase de Ganta, pero extrañamente lo deja vivir después de incrustar un cristal carmesí en su pecho. La vida de Ganta va de mal en peor cuando él es culpado por los espantosos asesinatos y condenado a muerte en «Deadman Wonderland».
Deadman Wonderland 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. 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 alrededor de su cuello 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. Un poco después de llegar a la prisión, Ganta se encuentra con una muchacha misteriosa llamada Shiro, que parece conocer a Ganta del pasado. Él también hace amistad con un preso llamado Yoh, un ladrón con un talento especial para localizar cosas.
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 que habitan los «Deadmen». Estos, como Ganta, pueden controlar su sangre y usarla como un arma. Ganta es forzado a participar en torneos de lucha secretos contra otros Deadmen, en los cuales, gente anónima paga grandes sumas de dinero para presenciar. El ganador recibe una gran suma de Cast Points, que es la moneda de Deadman Wonderland. El perdedor, si sobrevive al combate, pierde una parte de su cuerpo seleccionada por una máquinatragaperrras, la cual puede ser una parte interna (órganos) o externa del cuerpo (incluidas partes como los ojos y el cabello).
