L’histoire se déroule dans un lointain futur. La terre est ruinée, et l’humanité a établi des ville mobiles fortifiée, dénommées Plantation. Les pilotes produits à l’intérieur de ces Plantations vivent dans le Mistilteinn, connu également sous le nom de « cage à oiseau ». Les enfants vivants là-bas ne connaissent rien du monde extérieur. Leurs vies consiste à se battre afin de porter leur mission. Leurs ennemis sont des formes de vies géantes dénommées Kyouryuu et les enfants pilotent des robots géants appelés FranXX pour leur faire face. Pour ces enfants, piloter un FranXX c’est prouver leur existence.