1999年6月1日，「SEGA New Challenge Conference '99」上發表了製作Dreamcast版《超級機器人大戰α》。DC版α是系列首次採用3D多邊形製作機體的圖像。但是，因為首次製作3D多邊形圖像，加上一直未能決定演出的方向性，導致不斷出現錯誤。再者，400台機體的模組設計也耗費了大量時間，令開發極其困難，結果發售日也遲遲未能決定。本來發售日決定在2001年7月26日，但後來又再延期，最後在2001年8月30日才正式發售（比續編《α外傳》還要遲）。發售當時甚至連Dreamcast主機亦已停產。因為本作開發時間過長，令開發組在之後專注開發2D作品，3D圖像作品的企劃則有一段時間被擱置。
劇本方面，DC版也作出了一些變更。首先登場作品加入了由Sunrise Interactive製作的DC遊戲《Sunrise英雄譚》中登場的《機甲世紀G Breaker》。另外，故事上也追加了不下接《α外傳》、在本作直接完結的劇情。即使與PS版共通的劇情上也作出了若干變更。
系統上則加入了在《超級機器人大戰64》中正式採用的合體攻撃，也加入了中斷戰鬥動畫功能。另外，戰鬥版面也變成可以回轉的3D版面。難易度方面，由於PS版難度太低（甚至被揶揄「一擊就能擊破最終首領」），因此重新設計難易度，結果雖然沒有《α外傳》般困難，但在平衡度上也作出了相當的向上調整。
發售時間
2001-08-30
平台
DC
登場作品
- 超獣機神ダンクーガ
- 新世紀エヴァンゲリオン
- 機動戦士ガンダム
- 機動戦士ガンダム0080 ポケットの中の戦争
- 機動戦士ガンダム0083 STARDUST MEMORY
- 機動戦士Zガンダム
- 機動戦士ガンダムZZ
- 機動戦士ガンダム -逆襲のシャア-
- 機動戦士ガンダムF91
- 機動戦士Vガンダム
- 新機動戦記ガンダムW
- 新機動戦記ガンダムW Endless Waltz
- 無敵鋼人ダイターン3
- 聖戦士ダンバイン
- マジンガーZ
- グレートマジンガー
- ゲッターロボ
- ゲッターロボＧ
- 真ゲッターロボ 世界最後の日
- 超電磁ロボ コン・バトラーV
- 超電磁マシーン ボルテスV
- 勇者ライディーン
- トップをねらえ!
- ジャイアントロボ THE ANIMATION 地球が靜止する日
- 超時空要塞マクロス
- マクロスプラス
- 魔装機神サイバスター
- 機甲世紀Gブレイカー