游戏发生在 Ikoma Aku Torres 女演员学校，不同的女孩来到这里提升她们的表演能力。一天晚上，当一场演出正在进行时，学校的所有者从屋顶跳楼身亡。警方认为这只是一起自杀，但动机仍然是个谜，因此负责学校事务的人决定雇佣一名私家侦探（日下部 恭一(Kiyouiti Kusakabe)）进行调查。于是当他们雇佣他后，决定让他作为学院的一名新讲师进入学校。游戏便从此开始。
《幻想的阿尔忒弥斯 - 女演员学校悬疑冒险》是一款第一人称视角的冒险游戏，玩家扮演一名侦探，必须在一所女演员学校调查一起谋杀案。游戏一开始让玩家在5个不同的女孩中选择一个来协助他调查，她们每个人都有不同的故事，游戏会根据这个选择以不同的方式进行，结局也会如此。
游戏的主要部分是解决案件，但在调查期间，玩家也会与不同的人和女孩交谈，并且有可能与她们中的任何一人发展恋爱关系，因此这款游戏也是一款恋爱模拟游戏。