西元1999年，從宇宙中突然飛來的一個巨大物體墜落於太平洋南阿塔利亞島（南アタリア島），其正體是一艘全長超過1,200公尺的宇宙戰艦。
這次事件讓人類第一次確認了外星生命的存在，並意識到外星種族之間存在著戰爭威脅。為了應對來自宇宙的潛在威脅，人類成立了 地球統合政府。經歷了一場規模空前的全球衝突—— 統合戰爭 之後，墜毀的戰艦被修復並命名為「超時空要塞馬克羅斯（マクロス）」。
2009年，於馬克羅斯的啟航典禮當日，異星勢力「傑特拉帝（ゼントラーディ）軍」的艦隊出現在地球軌道附近。馬克羅斯的主炮系統因自動感知到敵方艦隊而自行啟動，成功摧毀了部分敵艦。事實上，馬克羅斯的真正身份是由傑特拉帝的宿敵—— 監察軍所設置的陷阱，這一意外事件將人類捲入了與異星勢力的戰爭之中。
為了突破傑特拉帝軍的包圍網，馬克羅斯嘗試利用摺疊航行（フォールド航行）逃往月球背面，但因操控失敗，將整個南阿塔利亞島一帶捲入其中，最終被傳送至冥王星軌道附近。同時，摺疊系統完全失效，迫使馬克羅斯只能依靠傳統火箭推進，踏上漫長的歸返地球之旅。
在返回途中，原本居住於南阿塔利亞島的5萬8千名居民被安置於馬克羅斯艦內，並在其中重建家園，試圖在戰爭的陰影下恢復日常生活。
年輕的特技飛行員 一條輝（いちじょう ひかる） 在戰火中邂逅了一位少女鈴明美（リン・ミンメイ），為了守護她而決定加入軍隊，成為可變戰鬥機 「瓦爾基里（バルキリー）」 的駕駛員。
隨著時間推移，明美在艦內逐漸成為炙手可熱的偶像歌手，對輝而言也變得越來越遙不可及。與此同時，他與上官早瀨未沙 的爭執與磨合讓兩人之間產生了微妙的情感聯繫。
隨著戰爭持續，人類逐漸揭開了傑特拉帝人的真相——他們是經過基因改造、專門為戰鬥而生的戰鬥種族，對於擁有「文化」的地球人（即「原始文化（プロトカルチャー）」的繼承者）充滿恐懼。
在與地球接觸的過程中，部分傑特拉帝軍因接觸文化而開始產生變化。為了阻止這些變化蔓延，傑特拉帝的主力艦隊出動，意圖徹底摧毀馬克羅斯和地球。最終，人類與覺醒的傑特拉帝地球攻擊艦隊聯手，運用明美的歌聲為武器，給敵人帶來文化衝擊，趁其混亂之際向主力艦隊旗艦發動致命攻擊，最終獲得勝利。
戰爭結束後，地球雖已化為焦土，但重建工作仍在有序進行中。然而，一部分無法適應地球生活的傑特拉帝人開始引發各地衝突，並逐漸聚集成不滿勢力。
此時，輝與未沙之間雖然日益親密，但也面臨不少錯過與誤解。另一方面，已在各地展開歌唱活動卻逐漸陷入低潮的明美，開始重新思念輝。
不久後，增強了戰力的傑特拉帝叛亂勢力為了摧毀象徵統合的馬克羅斯發動攻擊，但在馬克羅斯於兩年後再次浮上戰場的反擊下遭到擊潰。
戰後，明美與輝重逢，希望他能辭去軍職與自己共度餘生，然而輝與未沙之間堅定的羈絆讓明美明白自己已無法介入。最終，她選擇獨自踏上新的旅途，繼續用歌聲傳遞希望。
