В далеком будущем неизвестная инопланетная раса атакует Землю с помощью роботов, из-за которых человечеству приходится эвакуироваться на Луну. На протяжении долгих лет люди предпринимают множество попыток отбить у захватчиков родную планету, благодаря чему зарождается проект YoRHa по производству специальных боевых андроидов, обладающих продвинутым интеллектом и внушительным арсеналом. Сюжет следит за приключениями андроидов 2B и 9S, которые в рамках очередной десантной операции пытаются дать человечеству надежду на спасение Земли.