Cerita berlatarkan di masa depan yang jauh. Tanahnya hancur, dan manusia membangun Perkebunan kota benteng keliling. Pilot yang diproduksi di dalam Plantation tinggal di Mistilteinn, yang juga dikenal sebagai "sangkar burung". Anak-anak tinggal di sana tanpa mengetahui apa pun tentang dunia luar atau kebebasan langit. Hidup mereka terdiri dari berjuang untuk menjalankan misi. Musuh mereka adalah makhluk hidup raksasa misterius yang dikenal sebagai Kyouryuu, dan robot pilot anak-anak yang disebut FranXX untuk menghadapi mereka. Bagi anak-anak, mengendarai FranXX membuktikan keberadaan mereka. Seorang anak laki-laki bernama Hiro dipanggil Kode: 016, dan dia pernah dikenal sebagai anak ajaib. Namun, dia telah tertinggal, dan keberadaannya sepertinya tidak diperlukan. Tidak mengemudikan FranXX sama dengan tidak ada lagi. Suatu hari, seorang gadis misterius yang dikenal sebagai "Zero Two" muncul di hadapannya. Dua tanduk tumbuh dari kepalanya.
