Emiya Shirô est le personnage principal de l'histoire. Lycéen de deuxième année, élève sérieux et serviable, il a également un talent qu'il tient secret: il sait utiliser une sorte de magie pour réparer les objets, en faite il voit la structure interne des objets et sait quoi et où réparer. Orphelin recueilli par Kiritsugu Emiya, lui même magicien et décèdé, il a hérité de lui son sens de la justice et son envie de protéger les autres.
Pris par inadvertance au cœur de la Guerre du Saint-Graal, il se découvre Master et tente de protéger son idéal.
10 ans précédant les évènements relatés, à la fin de la quatrième guerre du Saint-Graal, Shirō fut pris au piège dans un immense incendie ayant ravagé sa ville natale, Fuyuki City. Ses parents y périrent de même qu'un grand nombre d'habitants, lui-même ne devant son salut qu'à l'arrivée de Kiritsugu. Marqué à vie par l'idée de n'avoir pu empêcher cette tragédie, ce dernier décida d'en adopter l'unique survivant.
Voyant le dépit de son père de n'avoir pu sauver tout le monde et voulant lui exprimer sa reconnaissance, Shirou émit le voeu de devenir héros à sa place. Kiritsugu, cependant, essaya de l'en dissuader, lui qui considère la voie de la sorcellerie comme étant destructive. De ce fait Shirou ne maitrisera qu'une faible compétence au sort de Renforcement (Reinforce), qui lui permettra d'analyser et de modifier la structure des objets, dont il se servira pour réparer toute sorte d'appareils. Une faculté qu'il gardera secrète.
Cinq ans plus tard, son père adoptif décèda et sa voisine, par ailleurs professeur d'anglais de sa classe, Fujimura Taiga s'occupa de lui à distance, tandis que sa collègue de classe Sakura Matō vint l'aider tous les jours pour ses tâches ménagères.
Shirō n'est pas intéressé par le Graal et son pouvoir. Son seul désir est d'éviter que cette guerre ne fasse des victimes, car son propre vécu du premier jour de celle-ci lui a montré que c'était inévitable, et pour se faire, il souhaite s'emparer du Graal sans faire de victimes, de manière à éviter à celui-ci de tomber entre de mauvaises mains. Tout au long de la Guerre, il met sa vie en jeu pour protéger les innocents mais également son servant, Saber, car manifestement tombé amoureux de celle-ci au premier regard et qui plus est galant. Au fur et à mesure, il devient un puissant magicien capable de réellement épauler celle-ci.
Dans le scénario Fate et l'anime, Shirō acquiert une bonne maîtrise de sa compétence de Trace, à la base de Reinforce. Il est capable de synthétiser des armes extrêmement puissantes, similaires à celles des Servants, en ne les ayant vu qu'une seule fois, voir même en les imaginant complètement, parmi lesquels Excalibur, Avalon, Kanshō et Bakuya, épées courtes d'Archer.