La storia è ambientata in un lontano futuro. La terra è devastata e l'umanità ha creato il forte mobile della città di Plantation. I piloti prodotti dentro Plantation vivono presso Mistilteinn, conosciuta anche come "gabbia per uccelli". I bambini vivono al suo interno senza sapere nulla del mondo esterno o della libertà del cielo. Le loro esistenze consistono nel lottare per portare a termine delle missioni. I loro nemici sono dei misteriose forme di vita giganti chiamate Ky?ry? e per combatterle i bambini pilotano dei robots nominati FranXX. Per i bambini, comandare un FranXX è la prova della loro vita. Un ragazzo di nome Hiro viene soprannominato Code:016 e una volta era conosciuto per essere un prodigio. In ogni caso è caduto in disgrazia e la sua vita sembra inutile. Non pilotare un FranXX equivale a non esistere. Un giorno una misteriosa ragazza conosciuta come "Zero Two" appare di fronte a lui: dalla sua testa sporgono due corna.