La storia è ambientata in un lontano futuro, in cui la Terra è ormai devastata e l’umanità si è stabilita nella città fortificata mobile Plantation. I piloti “prodotti” dentro Plantation vivono a Mistilteinn, anche conosciuta come "gabbia per uccelli". Bambini e ragazzini vivono lì dentro ignari dell’esistenza di un mondo esterno e della libertà e dell’ampiezza dei cieli. La loro vita ha il solo scopo di portare a termine le missioni assegnate, ossia combattere contro delle misteriose forme di vita giganti, denominate Kyoryu, pilotando i robot Franxx. Guidare un Franxx vuol dire esistere.
Un ragazzo di nome Hiro, Code:016, una volta era ritenuto un prodigio, tuttavia, col passare del tempo, è rimasto in dietro rispetto ai suoi coetanei, tanto che ora la sua esistenza è ritenuta non necessaria. Non pilota più un Franxx e ciò equivale a cessare di esistere. Un giorno una misteriosa ragazza, "Zero Two", dalla cui testa spuntano due corna, appare dinnanzi a Hiro…