В центре сюжета аниме "Сердце ангела" оказывается молодая тайваньская наёмная убийца, известная как Стеклянное Сердце. После неудачной попытки самоубийства, когда она прыгнула с крыши и ударилась о металлический забор, ей пришлось перенести трансплантацию сердца. Это событие кардинально изменило её жизнь и привело к странным видениям во время комы после операции.
После пробуждения девушка начинает своё расследование, направляясь в Японию в поисках Каори Макимуры, человека, чьё сердце теперь бьётся в её груди. Её путь переплетается с Городским охотником Рё Саэбой, бывшим партнером Каори. Однако, как указано в первом томе манги, "Сердце ангела" использует лишь образы персонажей из "Городского охотника", но не является его продолжением.
Действие разворачивается в альтернативной реальности, где события не связаны с оригинальным сюжетом "Городского охотника". Здесь каждый шаг героини становится частью её личной драмы и поиска смысла жизни, освещённого через призму трансплантации сердца и снов, которые она испытывает.