Em um futuro distante, a humanidade foi levada à quase extinção por bestas gigantes conhecidas como Klaxosaurs, forçando os humanos sobreviventes a se refugiarem em enormes cidades fortificadas chamadas Plantations. As crianças criadas aqui são treinadas para pilotar mechas gigantes conhecidas como FranXX - as únicas armas conhecidas por serem eficazes contra os Klaxosaurs - em pares de menino e menina. Criadas com o único propósito de pilotar essas máquinas, essas crianças não sabem nada do mundo exterior e só podem provar sua existência defendendo sua raça. Hiro, um aspirante a piloto da FranXX, perdeu a motivação e a autoconfiança após ser reprovado em um teste de aptidão. Pulando a cerimônia de formatura de sua classe, Hiro se retira para um lago na floresta, onde encontra uma garota misteriosa com dois chifres crescendo em sua cabeça. Ela se apresenta com seu codinome Zero Two, que é conhecido por pertencer a um infame piloto da FranXX conhecido como o "Parceiro Assassino". Antes que Hiro pudesse digerir o encontro, a plantação é abalada por um ataque súbito de um Klaxosaur. Zero Two envolve a criatura em sua FranXX, mas ela é fortemente danificada na batalha e cai perto de Hiro. Encontrando seu parceiro morto, Zero Two convida Hiro para pilotar o mecha com ela, e a dupla derrota facilmente o Klaxosaur na luta que se seguiu. Com um novo parceiro ao seu lado, Hiro teve a chance de se redimir por seus erros do passado, mas a que custo? [Escrito por MAL Rewrite]