Estamos no ano 5012. Uma súbita invasão de alienígenas e seus Seres Vivos Mecânicos quase exterminam a humanidade por completo. Os poucos sobreviventes se refugiam na Lua, organizando um contra-ataque para retomar o planeta, mas chegam a um impasse por causa da capacidade infinita de multiplicação dos Seres Vivos Mecânicos. Para vencer o impasse, a humanidade cria a YoRHa, uma unidade de androides soldados. 2B, uma androide, é enviada para a Terra, juntamente com 9S para analisarem os fenômenos que se estão a desenvolver.