La Caja de Pandora (パンドラの箱, Pandora no Hako?) es un noble phantasm poseído por Pandora. Una caja concedida a Pandora por los dioses, pero que se le ordenó que nunca la abriera. Contenía calamidad y desesperación, aunque se dice que solo el Elpis (『希望』, Kibō?) permanecería después de vaciarla, y su apertura por curiosidad liberó todos los males del mundo a través de la tierra. Aunque ella cerró rápidamente la tapa, los humanos conocieron el hambre, las enfermedades y las luchas como resultado de su apertura. Elpis quedó en la caja y, aunque se desconoce su verdadera naturaleza, se interpreta que es algo así como la «esperanza», «premonición» o «precognición». Se dice que los humanos se salvaron de ser aniquilados al cerrarla, pero hay otra teoría que dice que de la caja salieron bendiciones en lugar de desesperación.
La caja está siendo utilizada por Darius Ainsworth como un Santo Grial, un dispositivo de deseos creado por las deidades de la Era de los Dioses que supera a un Santo Grial normal. Aunque la leyenda de Pandora existe en el mundo de los Ainsworth, la leyenda de que ella abrió la caja está ausente. No se menciona en los libros de historia griega, e incluso una persona viajante como Shirou Emiya nunca ha oído hablar de ella. Se sugiere que la caja nunca se abrió en ese mundo, lo que permitió a los Ainsworth ocultar su objetivo a los habitantes.
Técnicamente un pithos, primero aparece como un gran cubo negro flotante sobre la tierra de los Ainsworth, pero más tarde se comprime hasta convertirse en un pequeño cubo capaz de caber en las manos de Pandora. Es extremadamente duradero, capaz de soportar las flechas del noble phantasm de Kuro sin ningún rasguño. Lo primero que piensa alguien que la observa es que «no está hecha para manos humanas», y se relaciona con la razón por la que Tanaka desea destruir a los Ainsworth. Solo la espada producida por Tanaka usando su mano muestra la capacidad de detenerla. Pandora se refiere a esta como la «flecha de fuego», la verdad del mundo que juzga a los falsificadores como ellos.
La caja es un «Dispositivo de Restauración» que solo se abrirá cuando la especie humana esté a punto de desaparecer como una contramedida final para evitar la destrucción y cambiar el mundo. Para evitar que se rompa y no cumpla su función, la «muerte» de Pandora está contenida en la caja y solo puede morir si ésta se abre. En el mundo de Miyu, debido a la violencia y a los numerosos intentos de asesinato contra ella por parte de los humanos cuando descubrieron que no era humana, Pandora cayó en la desesperación esperando milenios a que la humanidad terminara, lo que provocó que su espíritu se rompiera y, con él, su función como llave de la caja. Así, la Caja de Pandora nunca se abrió y, como el propósito de Pandora era abrirla, quedó sin poder morir hasta que lo hiciera. Esto la dejó vagando por el mundo durante los últimos seis mil años como la deuda pendiente de la Era de los Dioses, hasta su encuentro con Darius.