Em um 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 se refugiou na lua para organizar um contra-ataque usando soldados andróides para recapturar a Terra. No entanto, a guerra chega a um impasse, pois as formas de vida das máquinas 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 ao 9S, o analista atualmente estacionado lá, onde em meio a sua missão, eles encontram uma miríade de fenômenos misteriosos.