L'histoire se déroule dans un monde d'après-guerre où des jeunes femmes appelées Poupée de souvenirs automatiques aident des personnes à mettre sur papier leurs sentiments. Nous suivons le quotidien de Violet Evergarden, ex-soldate sans émotion, Ainsi, elle explore différentes émotions issues des gens qu'elle rencontre. Mais son passé trouble la rattrape.

Plusieurs années après la fin de la guerre, le quotidien des gens est peu à peu impacté par le développement des nouvelles technologies. Violet quand à elle, espère encore que Gilbert soit toujours en vie et n'a de cesse de penser à lui. Ce sentiment de manque ne la quitte jamais, de jour comme de nuit. Un jour, la jeune femme reçoit un appel pour du travail et part à la rencontre de nouveau client : un garçon nommé Julis. Pendant ce temps, une lettre inconnue vient d'être retrouvée à l'entrepôt postal...