Mnemosyne propose de suivre la vie de Asōgi Rin détective privé de Shinjuku dans un arc temporel de 1990 à 2011.
Hiroshi Ohnogi plonge immédiatement le spectateur dans un univers d'arrière cours extrêmement sombre montrant l'assassinat de l'héroïne après une course poursuite effrénée. Il ne s'agira pourtant que d'une mort parmi tant d'autre.
Les enquêtes de Rin l'amèneront à travailler sur toutes sortes d'affaires, de la manipulation génétique à la capture d'un chat perdu.
Celle ci est aidé dans ses enquêtes par Mimi, une jeune fille de 10 ans environ qui lui sert aussi bien de secrétaire que de pirate informatique.