Fatal Frame é o primeiro jogo da série Fatal Frame, introduzindo a premissa única da franquia de lutar contra fantasmas com uma câmera especial. A Fatal Frame foi a primeira a introduzir o uso inovador de uma câmera de estilo antigo como a principal arma. Além de navegar pelos personagens principais pelo terreno da mansão, os jogadores podem entrar no Modo Visor, onde a câmera é levantada e a visão muda para a do quadro da câmera. No modo visor, o jogador é capaz de tirar fotografias de fantasmas, violentos e benignos, que é o principal método de progredir no jogo. Itens também estão disponíveis, alguns sendo consumíveis e a maioria sendo itens-chave necessários para desbloquear portas, completar tarefas ou resolver quebra-cabeças. Quebra-cabeças são encontrados com frequência no jogo, alguns sendo baseados no mesmo conceito, mas se tornando progressivamente mais difíceis. As diferentes configurações de dificuldade do jogo (Fácil, Normal, Difícil, Pesadelo ou Fatal (apenas Xbox)) determinam a quantidade de itens consumíveis espalhados pela mansão e quão formidáveis são os inimigos. O principal aspecto de horror do jogo são, sem dúvida, os fantasmas. A mecânica programada para os fantasmas permite que eles flutuem etereamente pelo ar, paredes e pisos, e até mesmo se teletransportem, permitindo-lhes muitas maneiras de atacar o jogador. As aparências dos fantasmas geralmente são inspiradas por suas mortes ou por estigmas japoneses de horror, que, alguns argumentam, são particularmente arrepiantes. O jogo, dependendo do console em que é jogado, oferece dois finais. Após a conclusão do jogo, uma classificação é dada com base no tempo total gasto, pontos acumulados e outras categorias. O jogador também recebe recompensas e itens desbloqueáveis, como trajes alternativos e funções de câmera, dependendo de qual dificuldade foi vencida, quanto da Lista de Fantasmas foi concluída e outros critérios. Vencer o jogo também desbloqueia o Modo Batalha, onde o jogador enfrenta fantasmas específicos e é recompensado com pontos para comprar itens desbloqueáveis. Uma opção também é dada onde o jogo pode ser repetido com todos os equipamentos, upgrades e desbloqueáveis transferidos.

Situado em 1986. A história começa com um aspirante a folclorista, Mafuyu Hinasaki decide uma noite investigar a Mansão Himuro, um lugar que se diz ser assombrado, em busca do renomado folclorista Junsei Takamine. Ele traz consigo uma câmera especial de segunda mão, uma câmera especial que tem o poder de "expor coisas que os olhos normais não podem ver". Mafuyu entra na mansão e encontra seus únicos habitantes, fantasmas das pessoas que foram mortas lá. Depois de afastar um fantasma violento e ver o poder da câmera por si mesmo, Mafuyu decide continuar sua busca. Em seu caminho, no entanto, uma presença sombria o rodeia, e o destino de Mafuyu é desconhecido. Duas semanas depois, a irmã de Mafuyu, Miku, chega antes da mansão. Temendo que o pior possa ter acontecido com seu irmão, ela se encarrega de entrar na mansão e encontrá-lo. Dentro, ela encontra a câmera que Mafuyu trouxe com ele e, continuando sua investigação, descobre a verdade sobre o folclorista que desapareceu. Takamine veio à mansão para documentar os eventos terríveis que ocorreram há muito tempo. Em seu progresso, ele descobre o misterioso Ritual Estrangulador que ocorreu na mansão, mas antes que ele e seus assistentes pudessem deixar os terrenos assombrados, eles foram atacados pelos espíritos que foram mortos após o ritual fracassado. Miku continua mais fundo na mansão, determinada a encontrar a verdade e seu irmão desaparecido. A história fica cada vez pior a cada cômodo em que Miku entra, quando mais tarde ela descobre que a Donzela do Santuário (que está morta) também procura por Mafuyu.