A história se passa no futuro distante. A Terra está arruinada e a humanidade estabelece uma Colônia em uma cidade forte móvel. Pilotos produzidos dentro da Colônia vivem em Mistilteinn, também conhecida como "gaiola para pássaros". Crianças vivem lá sabendo de nada sobre o mundo exterior ou da liberdade dos céus. Suas vidas consistem em lutar para realizar missões. Seus inimigos são misteriosas formas de vidas gigantes conhecidas como Kyoryu, e as crianças pilotam robôs chamados Franxx para enfrentarem-se contra eles. Para as crianças, pilortar o Franxx prova suas existências. Um garoto cujo nome é Hiro, é chamado por Code:016, e ele já foi conhecido como um prodígio. No entanto, ele ficou para trás, e sua existência parece desnecessária. Não pilotar um Franxx é o mesmo que deixar de existir. Um dia, uma garota misteriosa conhecida como "Zero Two" aparece diante dele. Dois chifres crescem em sua cabeça...