A távoli jövőben a föld tönkrement és az emberiség létrehozta a Gyarmat nevű erődvárost. A Gyarmaton belül született pilóták Mistilteinnben élnek, amit csak "kalitkaként" emlegetnek. A gyermekek mind ott élnek, mit sem tudva a külvilágról, vagy az égbolt nyújtotta szabadságról. Az életük harcos küldetések sorozatából áll. Az ellenségeik hatalmas, rejtélyes létformák, akiket Kyoryu néven ismernek, a gyerekek pedig FranXX nevű robotokkal szállnak harcba velük. A gyermekek számára ez adja életük célját.
Egy Code:016 néven ismert fiút, Hirot, egykor zseninek tartották. Azonban lemaradt társaitól, így szükségtelenné vált a léte. Aki képtelen egy FranXX-et irányítani, az megszűnik létezni.
Egy nap egy "Zero Two" nevű rejtélyes lány jelenik meg előtte. A fejéből két szarv áll ki.