В бескрайнем космосе человечество вынуждено покидать родные планеты, когда на Солнечную систему обрушиваются гигантские существа, Гауна. Эти создания способны передвигаться по просторам галактики, без особых усилий перелетая с одной планеты на другую, будто это их естественная среда. Люди, не имея возможности противостоять их мощи, покидают разрушенные миры на колоссальных кораблях, стремясь уйти от неизбежной гибели. На одном из таких кораблей, астероиде под названием Сидония, живет небольшая группа уцелевших, оставшихся из-за разведывательной миссии, когда началось нападение. Со временем они превратили Сидонию в настоящий город-корабль, оснащенный всем необходимым для долгой борьбы и выживания.
Нагатэ Таникадзе, главный герой этой истории, прожил всю свою жизнь в глубинах этого огромного судна, никогда не видев неба, звезд, или свободного пространства за пределами его металлических стен. По воле случая, ему удается выбраться на поверхность корабля и впервые ощутить его настоящий масштаб. Этот шаг приводит его к встрече с командой, что отвечает за безопасность Сидонии и подготовку к неизбежному столкновению с Гаунами, которые продолжают угрожать жизни всех выживших.
Вскоре после этого Нагатэ получает предложение от капитана стать пилотом — возможностью, о которой он мечтал, хотя и с опасениями. Погружаясь в тренировки, он обретает новых друзей и постепенно учится справляться с суровыми испытаниями, выпавшими на его долю. Но жизнь на борту не столь спокойна, как кажется: Гауны уже на подходе, и вскоре начинается бой не на жизнь, а на смерть. В этот момент рядом с Нагатэ оказывается загадочная и необычная Цумуги — существо, созданное для борьбы с врагом, но в то же время нечто совершенно уникальное и непохожее на всех остальных. Подготовка к решающей битве не дает ни минуты покоя, каждый шаг на этом пути наполнен сомнениями и страхом, ведь они стоят на краю, от которого нет возврата. Вопрос лишь в том, хватит ли силы и решимости, чтобы сразиться с врагом и не пасть, как другие миры, оставшиеся в прошлом.