Ar Tonelico se déroule dans le monde de Sol Ciel, un petit monde composé de rien de plus qu'une tour et un continent flottant. Ce petit monde est isolé par la mer de la mort en dessous et une mer mortelle de plasma au-dessus.
Le jeu propose également un groupe rare de personnes appelé le Reyvateil, qui, grâce au pouvoir des chansons, peut converser avec le monde et lancer une magie puissante. Cependant, afin de lancer une magie plus puissante, ils doivent introduire dans leur corps un matériau nocif appelé Grathnode, par le biais d'un acte appelé Installer. Étant donné que l'installation est une expérience très douloureuse pour les Reyvateils, ils ne laissent que les personnes en qui ils ont vraiment confiance pour le faire.
L'histoire est centrée sur Lyner Barsett, un jeune de dix-huit ans dont le père gouverne Platina, une ville située dans les étages supérieurs de la tour.
Lyner ne s'intéresse pas à la politique et cherche plutôt l'aventure dans l'armée. Cependant, lorsqu'un virus étrange apparaît et qu'ils ne peuvent pas le vaincre, Lyner se voit confier la tâche de descendre sur le continent flottant et de récupérer un artefact mystique pour vaincre le virus.