O futuro distante, 5012. A súbita invasão aérea da Terra por 'Aliens' e suas criações 'Machine Lifeforms'levou a humanidade à beira da extinção. O número sobrevivente de humanos que se refugiaram na lua para organizar um contra-ataque usando soldados 'andróides' para recapturar a Terra. No entanto, a guerra chega a um impasse quando as ' Machine Lifeforms' continuam a se multiplicar infinitamente. Por sua vez, a humanidade implanta uma nova unidade de soldados andróides como uma arma definitiva: 'YoRHa' Recém-enviado para a Terra '2B' se junta a '9S', o analista atualmente estacionado lá, onde em meio a sua missão, eles encontram uma miríade de fenômenos misteriosos... Esta é a história desses 'andróides' sem vida e sua luta sem fim pelo bem da humanidade.