Futuro distante: a humanidade se estabeleceu na cidade-fortaleza de Plantation, erguida sobre os destroços da guerra, e a civilização floresceu. Nessa cidade, há o Mistilteinn, um quartel de pilotos também conhecido como Gaiola. É lá que as crianças vivem... Alheios ao mundo de fora e da vastidão dos céus. Sua única missão em vida é lutar.
Seus inimigos são os Kyoryu, gigantescos organismos misteriosos. As crianças operam robôs chamados FRANXX para enfrentar esses inimigos desconhecidos, crentes de que esse é seu objetivo de vida. Dentre eles, um garoto era considerado um prodígio: Hiro, serial 016. Contudo, agora ele é considerado uma falha, alguém desnecessário. Aqueles incapazes de pilotar FRANXX basicamente não existem.