Die Geschichte von Chain of Memories knüpft dort an, wo Kingdom Hearts endete, und schlägt eine Brücke zur Handlung von Kingdom Hearts 2. In diesem Abenteuer erreichen Sora, Donald, Goofy das Schloss des Entfallens, einen mysteriösen Ort, an dem sie ihre Erinnerungen verlieren und neue gewinnen, während sie die 13 Etage des Turms hinaufsteigen. Hier trifft Sora auf die Mitglieder der ORGANISATION: Axel, Larxene, Vexen und Marluxia. In Chain of Memories wird noch eine zweite Geschichte erzählt, und zwar die von Riku, der mit König Micky auf der andere Seite zurückgeblieben ist. In seiner Geschichte tauchen zwei weitere Mitglieder der Organisation auf, Lexaeus und Zexion.

Im Zuge der Geschichte vergisst Sora nicht nur sein Ziel, die Suche nach seinen Freunden, sogar die Erinnerungen an Kairi verblassen. Dafür gewinnt er neue „Erinnerungen“, zum Beispiel an ein Mädchen Namen Naminé, die an der Spitze des Turm gefangen gehalten wird und die in der Lage ist, Erinnerungen zu verändern. Nachdem Sora Marluxian besiegen konnte, erklärt ihm Naminé, dass seine Erinnerungen an sie nicht echt sind und dass es eine andere Person ist, die ihm auf der Welt am wichtigsten ist… Damit seine Erinnerungen wiederhergestellt werden können, muss Sora aber alles vergessen, was im Schloss des Entfallens jemals passiert ist …