电视动画《黄昏乙女×失忆》（同：黄昏少女×失忆，下略）改编自日本漫画家めいびい原作的同名漫画。在漫画杂志《GANGAN JOKER》2012年1月号（2011年12月22日发售）上，正式发表了《黄昏乙女×失忆》TV动画化的决定。除了庚夕子的声优保持不变外，动画的其他声优均更换 。电视动画于2012年4月8日首播，全13话（包括DVD收录的OVA1话）。以创立60年的传统而自豪的私立诚教学园，建立在一座小山上俯瞰著整个城市，不过，学园创立以来，以「旧校舍的幽灵」为首的各式各样鬼怪故事和都市传说在学生之间流传。      有一天，在校生新谷贞一遇见穿着现在已被停用的黑水手服的不可思议的女学生。那位女学生称自己正是「旧校舍的幽灵」夕子，并希望贞一协助她找出自己的死因与真相。

以创校60年以上的传统学校“私立诚教学园”为舞台。私立诚教学园建立在一座小山上俯瞰著整个城市，不过学园自创立以来，以“旧校舍的幽灵”为首的各式各样鬼怪故事和城市传说在学生之间流传。有一天，在校生新谷贞一遇见穿着现在已被停用的黑水手服的不可思议的女学生。那位女学生称自己正是“旧校舍的幽灵”夕子，并希望贞一协助她找出自己的死因与真相。等待他们的究竟是如何的未来呢？

由于反复扩建而变得迷宫般的私立圣教学校。某天，初中一年级学生新谷帝一在旧校舍里迷路，无意中走进一个房间，并在那里遇见了一个有着神秘光环的女孩鹿卫优子。她形容自己是“老派的幽灵”。对于不记得自己过去的优子，帝一和优子成立了“谜案调查部”，以解开这所学校流传的众多鬼魂。