Hoshizora no Memoria -Wish upon a Shooting Star- погружает в романтическую визуальную новеллу, которая выполнена в анимешной стилистике. Главным героем выступает паренек по имени Когосака, который возвращается в родной город. За несколько лет отсутствия, герою предстоит заново вспоминать старых друзей и места, а также изучать новые локации. Парень знакомится с загадочной девушкой, после того как наткнулся на заброшенную обсерваторию, что была полностью запечатана от посторонних.

История в Hoshizora no Memoria -Wish upon a Shooting Star- рассказывает про мистическую девочку Маре, напоминающую подругу детства. Протагонист начинает навещать девочку, которая проживает около обсерватории и не может оттуда уходить, называя себя синигами пожинающей кошмары. В недоумении, юношу сильнее начинает интересовать персона таинственной подружки, которая скучает по герою и желает почаще встречаться. Молодой человек будет разрываться между учебой в школе, где пришлось вступить в астрономический клуб и похождениями к симпатичной девушке, ожидающей героя.

Отправляясь в мир тайн и загадок, геймерам предстоит:

• Направлять развитие сюжетной линии, выбирая варианты действий из предложенных в игре.
  
• Оказывать влияние на отношения между персонажами и протагонистом, определяясь с фразами в диалогах.
  
• Исследовать запустелую обсерваторию на наличие улик или зацепок, позволяющих раскрыть секрет странного дела с Марой.
  
• Постепенно пытаться вспомнить имя друга, которое позабыл парень по возврату домой.