Prologo
La storia di NieR inizia nell'estate del 2049 tra le rovine di una città non identificata. Una lunga nevicata avvolge la regione, intrappolando i pochi superstiti in un freddo soffocante con poco rifugio e cibo minimo. Due sopravvissuti hanno superato l'ondata del cambiamento climatico e si sono rifugiati tra i resti di un negozio di alimentari — un uomo e sua figlia o sorella, a seconda della versione del gioco. La ragazza soffre di una tosse incontrollabile, mentre suo padre/fratello stanco valuta una decisione fatale. Un misterioso libro giace sul terreno tra loro e provoca l'uomo offrendo la possibilità di aiutarlo. L'unico modo per ottenere il potere del tomo è consegnare la propria anima. Appaiono un certo numero di mostri noti come Shades e il padre/fratello li allontana per proteggere la ragazza con l'aiuto del libro. Dopo aver sconfitto i Shades, la bambina si ammala ulteriormente.
Atto I
La storia continua circa 1.312 anni nel futuro, dove un uomo di nome Nier affronta una lotta simile. Sua unica figlia/sorella è stata colpita da una tosse violenta e deve rimanere a letto mentre lui cerca una cura. Anche se è passato molto tempo, il mondo in cui questa famiglia risiede è, in molti modi, più semplice. Gli abitanti del villaggio vivono in case modeste e collaborano per garantire una vita migliore alla loro comunità. L'intero villaggio è a conoscenza della malattia della giovane Yonah e offre il suo sostegno assumendo Nier per numerosi lavoretti e commissioni. Qualcuno direbbe che il lavoro è al di sotto di un uomo del suo calibro, ma mantiene la testa alta e fa tutto ciò che può per provvedere a Yonah, nel frattempo sperando che la più saggia figura del villaggio, Popola, e la sua sorella gemella Devola, possano trovare una cura.
Un giorno, Yonah parte per cercare il fiore Lunar Tear di cui Nier le aveva parlato, e potrebbe essersi allontanata in cerca del Lost Shrine dove Popola le aveva detto che sboccia il fiore. Durante la ricerca del Lost Shrine, Nier si imbatte in un libro parlante capace di maneggiare la magia, che si chiama Grimoire Weiss. I due si uniscono per sconfiggere l'esercito di Shades e due statue guardiane viventi per salvare Yonah. Si scopre che Yonah è affetta dal virus Black Scrawl, legato agli Shades. Questa alleanza con Weiss consente a Nier di usare la magia, e i due iniziano la loro missione per esplorare i territori e raccogliere tutte le Sealed Verses che Nier spera daranno a Weiss il potere di distruggere l'oscurità e salvare Yonah. Durante la loro ricerca incontrano Kainé, dal carattere focoso e dal linguaggio scurrile, che è anch'essa in parte Shade, e un giovane ragazzo di nome Emil, i cui occhi pietrificano chiunque li guardi. La loro missione comporta molte difficoltà, culminando con la petrificazione di Kainé al fine di sigillare una Shade mortale sotto la biblioteca, mentre Yonah viene portata via dal maestro Shade, noto come lo Shadowlord, che porta con sé il proprio libro, Grimoire Noir.