西历2071年，神秘的机械细胞群突然发动了全球性的攻击，人类陷入了沉重的危机之中。经过长期的抗战，人类处于劣势，最终不得不动用毁灭性的武器，以牺牲国土为代价来消灭敌人。此时，主要大陆被分割，南极大陆消失，50%以上的陆地被海水吞没。经过十年的大战，世界已经面目全非。
退伍后的冬后大佐接到了特殊命令，负责培训日本海军最新研发的武器——集合所有最新设计理念的新型飞行器的年轻飞行员们。令人惊讶的是，这三名飞行员都是十几岁的女孩子，分别是来自军人家庭的一条瑛花、IQ200的天才园宫可怜，以及唯一的优点是有精神的樱野音羽。在严苛的训练中，三人之间建立了深厚的羁绊。
被称为“SKYGIRLS”的少女们肩负着人类的未来和希望。现在，她们将与来自机械细胞群的强大敌人展开决战。
