In einer weit entfernten Zukunft hat sich die Erde in ein trostloses Ödland verwandelt. Die letzten Überlebenden haben Zuflucht in mobilen Festungen gefunden und setzen nun all ihre Hoffnungen in die FRANXX - überdimensionale Roboter, die die bösartigen Klaxosauren bekämpfen. Unter den Pilotanwärtern jener FRANXX befand sich einst der junge Hiro, der dank seiner Fähigkeiten als "Wunderkind" gepriesen wurde - und schließlich am Eignungstest kläglich scheiterte. Doch als er zufällig der mysteriösen Elite-Pilotin Zero Two begegnet, nimmt sein Leben eine schicksalhafte Wende ...