La storia di KINGDOM HEARTS: Chain of Memories prende luogo direttamente dopo la fine di KINGDOM HEARTS. Troviamo Sora, i suoi due amici Paperino e Pippo, ed anche il Grillo Parlante, che camminano su di un sentiero apparentemente infinito, quando improvvisamente un uomo misterioso vestito di nero e nascosto da un cappuccio dice a Sora: "Avanti c'è qualcosa di cui hai bisogno. Ma per averlo, devi perdere qualcosa di caro." Poi Sora ed i suoi compagni continuano sul sentiero, e trovano una fortezza chiamata Castello dell'Oblio (Castle Oblivion). Quando essi entrano, trovano la figura misteriosa.
Quando Sora e i suoi compagni si apprestano ad attaccare la figura, scoprono che le loro abilità sembrano non avere effetto. Poi la figura spiega che al momento che i nostri eroi sono entrati nel castello essi hanno dimenticato ogni abilità che prima sapevano. Questa figura continua creando un mazzo di carte fatto dalle memorie di Sora e dei suoi amici, e dice loro che ogni cosa che incontreranno in quel castello sarà basato sulle loro memorie. Ma più essi vanno avanti, più è la quantità di memoria che perdono.
Nel frattempo, alcuni piani sotto, Riku è riuscito in qualche modo a ritornare dal Mondo dell'Oscurità e combatte il suo demone interno. Ma né lui né Sora sono consapevoli che sono oggetto del desiderio di un misterioso gruppo chiamato Organizzazione XIII. Mentre Riku sale i piani in Castle Oblivion, similmente a Sora, incontra veri membri dell'Organizzazione. Un particolare incontro con un membro dell'Organizzazione conosciuto come Vexen è servito semplicemente come un'analisi della capacità di combattimento di Riku, che poi Vexen userà per fare un clone di Riku. Diversamente dal vero Riku, il suo clone sceglie di abbracciare l'Oscurità. Questo proclama il clone il più forte dei due perché egli può esercitare la massima potenza dell'Oscurità, mentre il vero Riku fa di tutto per reprimere essa dentro di sè. Il clone di Riku combatte con il vero Riku in un paio di differenti occasioni. Dopo aver perso con Riku in entrambe le occasioni, Vexen decide di trovare un altro uso per lui...
Mentre Sora sale attraverso il castello, combatte con Larxene, un membro dell'Organizzazione. Dopo averla sconfitta, egli ricorda il nome di un'amica che aveva dimenticato: Naminé. Impara che ella è tenuta nel castello, e continua a salire, combattendo contro il clone di Riku che ora crede che egli stesso sia il vero Riku. Dopo la avere testimoniato la morte di Vexen, un altro membro dell'Organizzazione, Sora impara da Naminé che la misteriosa figura prima incontrata si chiama Marluxia, ed egli sta infatti manipolando i due per farli suoi servi. Egli impara anche che tutto quello che ricorda di Naminé è falso, introdotto nella sua memoria da ella. Naminé non fu mai sull'isola, ma l'unica cosa che Sora può ricordare è lei. Marluxia spera di sottomettere Sora con le sue false memorie e usare il potere del Keyblade per rovesciare l'Organizzazione, ma Naminé era abile ad ammettere la verità a Sora attendendo l'intervento di Axel, un membro dell'Organizzazione doppiogiochista. Formando un'alleanza con il clone di Riku - che rovescia l'Organizzazione quando capisce che egli è un falso e che le memorie che egli ha sono state create da Naminé - essi combattono nel castello e sconfiggono Marluxia. Sora fa un'offerta d'addio al clone di Riku, il quale se ne va per trovare la verità della sua esistenza. Dopo aver sigillato la Serratura nell'ultimo piano del castello, Naminé mette Sora e compagnia in un sonno innaturale dentro ad una macchina simile al guscio di una conchiglia per aiutarli a ripristinare le memorie che hanno perduto nel castello, e per dimenticare gli eventi successi nel castello.
Nel frattempo, mentre Sora stava combattendo sulla sua via attraverso il castello, Riku ha iniziato a distruggere gli esseri oscuri che incontra nelle profondità del castello per ricordurre se stesso verso la Luce. "Ansem", che ha preso il corpo di Riku nel prequel, si prepara a prendere il controllo di Riku ancora una volta, ma è continuamente contrastato dall'intervento di Re Topolino. Sulla via, Riku combatte un altro membro dell'Organizzazione chiamato Lexaeus. Riku così usa le sue abilità oscure e scopre che Marluxia è stato ucciso. Egli confronta Zexion, un membro manipolativo dell'Organizzazione, ma abbraccia la sua oscurità che lo supera. Arrivando a Crepuscopoli (Twilight Town), Riku ha imparato che "Ansem", da cui è stato spronato è in realtà DiZ, una persona enigmatica che sembra interessato a Riku. DiZ manda Riku a parlare con Naminé, ma un nuovo nemico blocca la sua via: il clone di Riku, che ora avvisa di giustificare la sua esistenza trovando quale tra i due è il più forte. Dopo aver eliminato il clone in una feroce battaglia, Riku impara da Naminé che ciò che rimane del "vero" Ansem vive nell'interno del suo cuore. Riku sceglie di fronteggiarlo, e dopo averne parlato con DiZ, "Ansem" viene liberato dal cuore di Riku per combattere. Dopo aver con successo sconfitto "Ansem", Riku impara che finché l'Oscurità resterà al suo comando, "Ansem" risiederà nel suo cuore. Riku impara che mentre l'Oscurità è una parte significativa del suo cuore, può ancora usarla, come la sua luce, per combattere per il bene vicino ai suoi amici.
Now that I've lost everything to you, you say you wanna start something new, and it's breaking my heart your leaving, baby I'm grieving. But if you wanna leave, take good care, hope you have a lot of nice things to wear, but then a lot of nice things turn bad out there.
Uhh, baby baby, it's a wild world, it's hard say goodbye just upon a smile. Uhh, baby baby, it's a wild world, and I'll always remember you like a child, girl
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