Anime ini berlatar pada masa depan pasca-apokaliptik ketika umat manusia dihadapkan pada mara bahaya oleh makhluk raksasa yang dikenal sebagai
{{Nihongo|klaxosaur|叫竜|kyoryū}}. Para klaxosaur ini dapat dibagai dalam tigaempat kategori berdasarkan ukuran mereka: "Conrad", "Mohorovičić", "Gutenberg", dan "Gutenberg'Lehmann". Terdesak akan jurang pembinasaan, umat yang selamat kemudian mendirikan kota milter yang dikenal sebagai Perkebunan ''(Plantation)'', dipimpin oleh Organisasi APE. Untuk melindungi kota, para anak-anak dibesarkan dan dilatih untuk memiloti [[mecha]] raksasa yang disebut sebagai Franxx (フランクス ''Furankusu'') secara berpasangan yang berbeda jenis kelaminnya. Salah seorang dari anak-anak tersebut, Hiro, pada mulanya dianggap sebagai anak yang berbakat, tetapi setelah berbagai kali gagal untuk berselaras dengan pasangannya, dia gagal dalam program pelatihan dan memutuskan untuk keluar. Saat ia melewatkan acara kelulusan kelasnya, Hiro secara tak sengaja bertemu dengan Zero Two, pilot Franxx yang dikenal buruk, dan dia adalah anggota ras manusia yang memiliki darah klaxosaur, memberikannya sepasang tanduk merah di kepalanya. Setelah pasangan Zero Two terbunuh karena serangan klaxosaur, iaHiro kemudian membujukmeminta HiroZero Two untuk menjadi pasangan barunya, atau yang ia sebut sebagai "Darling".
