2019年。世界線変動率「1.048596」。ポケコンが普及し、拡張現実が当たり前となった近未来。太陽活動の活発化により赤いオーロラが見える種子島にある中央種子島高校、そのロボット研究部(通称:ロボ部)は廃部の危機に追い込まれていた。理由は部長の瀬乃宮 あき穂が、生徒会に対し去年の10倍もの予算を請求するという暴挙に出たためである。彼女の夢は「東京万博にロボ部が代々造り続けてきた実物大ガンヴァレルを出展する」ことであり、残り半年となった今、莫大な予算が必要なのだという。「大徳 淳和の遠征費用は出すのに、ウチには出さないのか!?」という抗議も教頭に突っぱねられたあき穂はそれでも猛烈に食い下がるも当然そんな主張など受け入れられるはずもなく、教頭先生の逆鱗に触れたロボ部は部費をストップされ、廃部を免れる条件として2週間後に行われるホビーロボの大会である「ROBO-ONE」で優勝することを要求される。そもそもロボ部が部活動として承認されたのはあき穂の姉である瀬乃宮 みさ希の代にROBO-ONEで初出場で優勝したためであったからだ。あき穂はロボ部唯一の部員で幼馴染である八汐 海翔を巻き込もうとするが、彼はロボ部には興味が無くキルバラ三昧。更にロボットに詳しいらしい日高 昴に入部の勧誘を掛けるもあっさりと断られてしまう。そこであき穂は一人でROBO-ONE優勝ロボットでありロボ部名誉部長タネガシマシン3の改修に奔走する。一方で、海翔はキルバラで対戦した神代 フラウから自分がチーター疑惑を掛けられていると難癖を付けられていた。無理が祟って持病の「ファスト・フォワード」の発作に襲われたあき穂を見るに見かねた海翔は、ロボットの操作方法をキルバラと同じにする事を条件に渋々ROBO-ONEでのタネガシマシン3改のオペレーターを引き受ける事になった。海翔がダメ元でフラウにキルバラの操作システムの使用許可を頼むメールを送るとフラウは海翔への後ろめたさもあってプログラムを海翔に送ってくれた。
ROBO-ONEでロボ部は快進撃を続けるも、決勝で前回チャンピョンのミスター・プレアデスこと昴との対戦中、タネガシマシン3改に不具合が発生。捨て身の突進攻撃を繰り出すもDKOになってしまい敗退してしまう。そこであき穂は教頭に昴がミスター・プレアデスであり、ロボ部に入部したという体面を取って強引に部の存続を認めさせた。一方で昴はROBO-ONE世界大会での自分のロボットの操縦を海翔にやらせようとし、二人はガンつくそっちのけでそちらにかかりっきりになる。また、ロボ部がROBO-ONEから種子島に帰って来た際に偶然同じ飛行機で種子島にやって来たフラウから、海翔はプログラムの対価としてキルバラのチーター狩りを依頼される。
ある日、淳和に謎の電波障害の話を聞かされた海翔はちょっとした興味から彼女の話す都市伝説を辿り、廃墟となった郷土資料館で偶然、居ル夫を通さないと見られない幽霊と言われたAI愛理(CV: 釘宮理恵)と遭遇する。そして、愛理の補完プログラムであるゲジ姉(CV: 釘宮理恵)に言われるがまま「君島レポート」と呼ばれる謎のARアノテーションを発見する。それは、君島 コウと名乗る人物が残した命懸けの告発文であった。
しかし、この時まだ彼は気付いていなかった。偶然見つけた「君島レポート」が、世界をどんな運命に巻き込んでいくのかを。