とある世界の近未来。そこは現実世界とおおむね同じだが、大きく異なる点があった。プラスチックに反応して外部から動かせる特質を有した「プラフスキー粒子」と、この粒子を使ってガンダムシリーズのプラモデル「ガンプラ」を遠隔操作して戦わせるシミュレーションゲーム「ガンプラバトル」の存在である。ガンプラバトルは世界中に愛好者がおり、世界大会も毎年開催されている。その優勝者は、愛用したガンプラとともに名前を全世界へ轟かせる。これは、そんな世界で繰り広げられるガンプラバトルに熱き魂を燃え上がらせる人々の物語である。
ガンプラ好き少年のイオリ・セイは、ガンプラ作りは得意だが操縦は下手で、バトルも敗退続きだった。ある日、天才的な操縦技術を有するうえに異世界「アリアン」の王子を自称する少年のアリーア・フォン・レイジ・アスナと出会い、紆余曲折の末に自分がガンプラを作る「ビルダー」の担当、レイジがガンプラを操縦する「ファイター」の担当としてコンビを組んだセイは、試行錯誤の末に作り上げたガンプラ「ビルドストライクガンダム」でガンプラバトル選手権に出場することになる。
イタリア王者のリカルド・フェリーニや日本第5ブロック代表のヤサカ・マオをはじめとするファイターとの出会いを通じて実力を付けたセイとレイジは予選優勝を飾り、世界大会への切符を手にする。選手権で戦うことを誓ったユウキ・タツヤとは彼が出場を辞退したためにその場での決着は叶わなかったものの、非公式戦で互いに全力を出し切って再び前へ歩き出す。
世界各国の予選大会では、「アーリージーニアス」の異名を持つ天才少年のニルス・ニールセンやチーム「ネメシス」のアイラ・ユルキアイネンをはじめとする新人ファイターたちが歴戦の猛者を退け、世界大会への出場を決めていた。そんななか、セイは世界大会を勝ち抜くためのガンプラ作りに行き詰まるが、クラスメイトのコウサカ・チナから「ガンプラはどんな自由な発想で作ってもいい」というヒントを得て、新たな機体「スタービルドストライクガンダム」を完成させる。
そして、ついに世界大会が幕を開ける。出場するファイターの中には、三代目メイジン・カワグチを名乗ってPPSE社ワークスチーム代表となったタツヤの姿もあった。PPSE社の最高責任者のマシタ会長は、アリアンからプラフスキー粒子の結晶体「アリスタ」を盗み出した盗賊という自身の正体の露見や現在の地位の喪失を恐れるあまりレイジの存在を危険視して妨害工作を張り巡らせるが、彼とセイはそれによる数々のアクシデントを払い除け、ライバルたちとの激戦を乗り越えて決勝戦へ駒を進める。
決勝戦ではマシタの陰謀により洗脳されて修羅と化したタツヤと望まないかたちで戦うことになるが、セイとレイジはスタービルドストライクの能力を解放して逆転勝利を収め、世界大会優勝を飾る。直後、マシタの動揺に反応した巨大アリスタが暴走して会場は大混乱に陥るが、セイたちの活躍によって事態の収拾が図られる。その結果、巨大アリスタが破壊されてプラフスキー粒子の供給が断たれたためにガンプラバトルができなくなり、アリスタ所持者であるレイジやマシタはアリアンへ帰還する。
1年後。ニルスによってプラフスキー粒子の独自生成が可能となり、ガンプラバトル選手権は復活する。その会場には、レイジとの約束を胸に新たな機体「ビルドストライクコスモス」を操るセイの姿があった。
