Tomohisa Iizuka fundaba la compañía en 1983 tras abandonar Tsuchiya Production (que cerraría por bancarrota tres años después, en 1986). La compañía produjo animación para televisión y para juegos, siendo algunos de sus primeros proyectos su participación en el Gunbuster de Gainax en 1988. Entre las series originales del estudio estuvieron Najica Blitz Tactics, Aika o Stratos 4. También produjeron series como Saikano o Aozora Shokjo-tai.
El último trabajo en el que Studio Fantasia fue el principal equipo de animación fue en la OVA de Nozoki Ana en el año 2013, y desde entonces han trabajado como estudio de apoyo en series como Nisekoi, Cross Ange o Aikatsu!.