故事舞台是《無敵鐵金剛》系列動畫第二作《金剛大魔神》完結後的十年，「光子力」成為世界上主要的能源。曾經所向披靡的無敵鐵金剛駕駛員兜甲兒成為科學家，和弓沙耶加一同研究光子力。某日，他們在富士山地底發現巨大機器人INFINITY和神秘生命體LISA。與此同時，本以為在十年前被擊倒的邪惡科學家地獄博士現身，率領阿修羅男爵、伯羅肯伯爵和大量機械獸奪取INFINITY，並侵略世界各地的光子力能源設施以啟動它。最先迎戰的劍鐵也落敗被擒，並被當作INFINITY的控制器，為了拯救劍鐵也並阻止地獄博士的陰謀，兜甲兒重披戰袍，駕駛無敵鐵金剛再度出擊。
