电视动画《蔷薇少女》(通称《新蔷薇少女》)改编自日本双人漫画家组合PEACH-PIT原作、2008年移籍到集英社《周刊YOUNG JUMP》上连载的同名漫画。
旧版动画改编自在幻冬舍《Comic Birz》连载的漫画版本(原题为德语标记的《Rozen Maiden》)。后来，因为原作者PEACH-PIT与出版社之间存在矛盾，因此PEACH-PIT于2007年5月结束了《蔷薇少女》在幻冬舍《Comic Birz》上面的连载，并于2008年移籍到集英社的《周刊YOUNG JUMP》上继续连载，原题标记由由德语《Rozen Maiden》改为日语标记的《ローゼンメイデン》，通称《新蔷薇少女》。2013年版本的《蔷薇少女》便改编自《新蔷薇少女》。
在《周刊YOUNG JUMP》2012年52号(11月22日发售)上，正式发表了《蔷薇少女》新动画的制作决定，并在2013年34号(2012年12月20日发售)上，新动画确定为TV动画形式。声优皆由前几作动画的原班阵容献声。电视动画于2013年7月4日首播，全13话。
樱田纯，是一名不愿上学而长期不出家门的中学生，热衷于上网购物，喜欢在购买物品后的退货限期内退回物品。有一天收到一封自称是人工精灵荷里耶的来信，上面只写着「上发条 不上发条新蔷薇少女」的选项，在好奇心的驱使下选择了「上发条」，之后房间就出现了一个没有署名的神秘纸箱，里面装着一个美丽而且质感近似真人的人偶少女(为蔷薇少女第五位人偶真红)。
当纯使用木箱内的发条转动背部的开关后，人偶有生命般地活动起来，对纯说:"我的名字叫真红，是蔷薇少女中的第五位人偶。"就在此时，突然了出现被神秘人所操控的小丑傀儡，在生命受到威胁的紧急情况下，纯虽然万般无奈但还是完全弄不懂到底发生了些什么事情，只能稀里糊涂地成为了真红的媒介，定下契约成为了主仆关系。之后，一个个结下类似契约的人类和人偶出现在纯和真红面前，称为Rozen Maiden(蔷薇少女) 的人偶们的战斗就此开始了……
面对人工精灵荷里耶的来信，平行世界的樱田纯选择了「不上发条」。
没有上发条的樱田纯虽然参加了高考，开始读大学，也展开了零时工活动，但依旧还是过着家里蹲般的生活。某日在打工的店收到退回来的一本教授如何制作人偶的神秘杂志，纯受到了非常大的震撼。
回家之后发现又寄来了杂志的第2期和附赠的人偶零件，并得知只要能凑齐这些杂志带的零件便可以组装得到第5人偶真红。纯接受了邀请开始组装局部零件，在数期之后却接到了神秘杂志社的休刊通知，并由此得知由于第7人偶雪华绮晶的干扰，零件也无法寄送来，需要纯自己去N之领域去拿;同一时刻还收到了一封来自过去的自己所发来的邮件，声称因雪华绮晶过于强大而无法与其匹敌需要借助未来的纯的力量得以帮助。
从神秘杂志的内容来看，真红已经完全陷入了雪华绮晶所布织的巨大陷阱，需要让这个世界的纯将她重新组装并上发条。邮件里说明樱田纯的世界里只剩他和金丝雀在同第7人偶对抗拖延时间，那句"间もなく"表明情况已经迫在眉睫.......
【转动世界的】樱田 纯 (桜田ジュン)cv:真田麻美/小林沙苗(早期广播剧)
主人公，最初为真红的媒介，和巴是青梅竹马。初中2年级。因为喜好女装缝纫而被同学取笑，之后便不再上学的家里蹲少年，在收到来自荷里耶得拿到【上发条 不上发条】的信时，选择了【上发条】，之后与真红相遇，人生轨迹就此发生改变。
【不转动世界的】樱田纯 cv:逢坂良太
平行世界中的主人公，在拿到【上发条 不上发条】的信时，选择了【不上发条】，现为某三流大学的大学生，依然独来独往。
在一家叫TAKIWA的书店打工，回家时接到了一个来自【转动世界】的自己发来的短信，制造了平行世界的真红，帮助她返回原来的世界，也认清了自己，之后通过留在自己家的人偶"小道具"也来到了上发条世界。
真红(真红)
cv:泽城美雪/堀江由衣(早期广播剧)
蔷薇少女第五人偶。是剧中最初登场的人偶，人工精灵为荷里耶。
身着Classical Lolita服饰【不是维多利亚式和拿破仑服饰】。拥有女王般高贵的气质。爱好是品红茶和看书散步，讨厌拉普拉斯之魔，猫，黑暗(对水银灯既爱又恨)。
是剧中剧《名侦探库库》的忠实爱好者，家政白痴。
用能追击他人的蔷薇之尾来进行攻击。
在感悟到纯反叛命运的精神后，提出爱丽丝游戏并不是父亲的真实愿望，决心以自己的意志改变命运。
蔷薇水晶
cv:后藤沙绪里
伪蔷薇少女，实际是槐少女，身着紫色(藕荷色)花苞裙，左眼戴着一个紫色蔷薇眼罩。
不需要蔷薇圣母也可长时间作战，十分热爱自己的父亲(槐)，蔷薇水晶是槐根据雪华绮晶为原型所造出，战斗力极强，可以打败六个蔷薇少女，但由于接受不了六个蔷薇少女的蔷薇圣母的巨大力量而自我崩坏。
蔷薇水晶
艾蕾倪尔
新连载43话水银灯和金丝雀遇到的，由鸟海制造的人偶，雪华称其为妹妹，模仿真红喝茶时的口气，有着很多只手。之后被水银灯和金丝雀击败。逃走后，被鸟海破坏身体。
艾蕾倪尔
朱蒂卡和玛黛林
鸟海制造的人偶，一对同体的双子人偶(后来分裂)，在接触了有毒药水后其中之一暴走。最后翠星石与其两个同归于尽。
朱蒂卡和玛黛林
小道具
酷似雪华绮晶的谜之人偶，不过性格完全不同，将大纯认定为主人。
柏叶 巴(柏叶巴)
CV:仓田雅世/川澄绫子(早期广播剧)
雏莓的前任媒介，纯的青梅竹马 。小纯班上的班长(其实并不想当)，有学习剑道。
在雏莓与真红的战斗中，因为魔力用过度险些被雏莓的戒指所吃掉，为此雏莓放弃游戏，得以存活，之后经常到纯家来看望雏莓，事实上与纯一样被周围所束缚，在与雏莓相遇后逐渐有了自己的决断。
柿崎 惠(柿崎めぐ)
CV:河原木志穗
是个有先天性心脏病的少女，带着一副看透红尘的眼神，对自身的命运感到无奈而人格发生扭曲。称自己是"坏掉的孩子"(壊れた子)，视水银灯为将带走自己生命的"天使"。喜欢唱歌。
为了达成自身目的将身体交与雪华绮晶，并融合。
小惠
草笛 美子(草笛みつ)
CV:川濑晶子
金丝雀的媒介，爱称"小美"无药可救的人偶狂热者，对其他蔷薇少女的存在非常感兴趣。料理也很在行，总是帮金丝雀准备便当(煎蛋)，工作族。
