O enredo de Fatal Frame se gaba de ser baseado em fatos reais, mas não menciona que há uma grande licença poética envolvida. A história segue os passos de Miku, uma colegial em busca de seu irmão, Mafuyu, que desapareceu na mansão assombrada Himuro há mais de uma semana.
No local onde deveria estar seu irmão ela encontra apenas uma herança de família, uma máquina fotográfica chamada Câmera Obscura, com o poder de fotografar fantasmas e combatê-los. Utilizando a câmera, o jogador explora a mansão, enfrenta espíritos, resolve quebra-cabeças e tenta desvendar o mistério da casa durante quatro noites.
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