遠い未来、宇宙に進出した人類は「人類銀河同盟」を結成し宇宙生命体「ヒディアーズ」と争いを続けていた。人類銀河同盟の少尉レド(CV: 石川界人)は、ワームホールを使って作戦宙域から撤退する際にヒディアーズに襲われ、乗機「チェインバー(CV: 杉田智和)」と共に転移事故に巻き込まれてしまう。
半年後、チェインバーの中で冷凍睡眠から覚めたレドは、未知の言語を話す人々に囲まれていた。近くにいた少女エイミー(CV: 金元寿子)を人質にして脱出したレドは、果てしなく広がる海を目にする。そして、チェインバーの解析により、ここが全球凍結により滅んだはずの人類の故郷・地球であることを知る。全球凍結後の海水面上昇により陸地の殆どが海に沈んだ今は、文明レベルは全球凍結前に比べ遥かに退化しており、レドを引き揚げた「ガルガンティア船団」を始めとする船の上で人々は生活していた。
友軍と合流する方法を探るため、船団補佐のリジット(CV: 大原さやか)達と交渉を続けるが、その最中に船団の仲間のベローズ(CV: 伊藤静)が海賊に襲われているという連絡が入る。エイミーに請われたレドは交渉材料になると判断し海賊団を殲滅させるが、報復のために女海賊ラケージ(CV: 恒松あゆみ)率いる海賊団が襲いに来ることがわかり事態は悪化する。
ベローズから船団の生き方を学んだレドは、襲い来る海賊団を一人も殺さずに撃退することに成功する。船団に受け入れられたレドは、宇宙へ戻る方法がわかるまでの間、エイミーの弟ベベル(CV: 寺崎裕香)や医師のオルダム(CV: 梅津秀行)達と交流する。やがて、兵士として生きてきたレドの中で変化が生じ始める。後にベローズやピニオン(CV: 小西克幸)の誘いを受けて、サルベージの手伝いをすることになるが、その仕事中に人々が神聖視しているクジライカと遭遇する。
クジライカがヒディアーズとの近縁種だと知ったレドはクジライカを殺害。船団に動揺が広がり、彼らの「共存共栄」の精神が理解できないレドとガルガンティアの人々の間に溝が生まれる。この事件の最中にフェアロック(CV: 手塚秀彰)船団長が死去し、リジットが新船団長となるが、ピニオンがフランジ(CV: 津田英三)大船主と共に船団を離れることを決意。観測の結果本隊との合流が事実上不可能と知ったレドは、改めて自分の使命をヒディアーズの抹殺と認識し、引き留めようとするエイミーに別れを告げ、クジライカの巣に宝があると信じるピニオンやフランジ達と共にガルガンティアを離れる。
クジライカの巣である旧文明時代の遺跡へと向かったレドとチェインバーは襲いかかるクジライカの群れを殲滅。巣の中に大昔の記録媒体を発見する。そこには氷河期の到来を知った人類が、新たな惑星への移民を目指す「コンチネンタル・ユニオン」と、遺伝子操作とナノマシンにより極限環境に適応しようとする自発的進化推進派「イボルバー」の2つの勢力に別れて戦争を行った記録が残されていた。ここでヒディアーズの正体が、遺伝子操作によって誕生した人類のもう一つの姿であるという事実が明かされる。
旧文明の遺産を手に入れたピニオンは、修復した兵器を利用して船団の拡大を目論む。一方、事実を知ったレドは激しく狼狽し戦いを拒絶するようになるが、文明と知性を捨てたヒディアーズは人類とは相容れない存在であり、人類の尊厳を懸けて戦わなければならないことをチェインバーは淡々と説明する。同時刻、同じく地球に着いていた上官のクーゲル(CV: 小野友樹)中佐とその乗機「ストライカー(CV: 藤村歩)」、そして彼が率いる船団がレド達の前に現れる。
ラケージ達も所属するクーゲル船団では、人類銀河同盟の思想の下でクーゲルとストライカーを頂点とした支配体制が築かれていた。はじめは再会を喜んだレドだったが、ピニオンの船団も吸収し、人々を力によって支配するクーゲルに疑念を抱くようになる。後にガルガンティアも標的に加えた事を知ったことでその思いは決定的なものとなり、クーゲルとの戦いを決意する。クーデターを起こしたラケージとピニオンの援護によって、レドはストライカーの動きを封じることに成功するが、クーゲルは既に死亡しており、ストライカーが船団を支配していたことが明らかとなる。
レドは自らを神と称し暴走するストライカーと再び戦いを繰り広げる。死闘の中でエイミーを想い涙するレドを見たチェインバーは、レドが人として成長したことを知り、コックピットを分離させる。更なる成長を期待する事を告げ、チェインバーはストライカーと共に散った。そして遺跡は、ガルガンティアの秘密兵器であるマスドライバーキャノン「天の梯子」によって海に沈んだ。
物語は、平和が戻ったガルガンディアで、クジライカの巣から共存的に遺産を回収する探検家となったレドと、それを支えるエイミー、そして海に沈みクジライカの巣礁となったチェインバーの姿が映され幕を閉じる。