先史時代の人種・ミケーネ人の古代遺跡の調査チームの代表だったDr.ヘルは、バードス島の巨人伝説の元となった巨大ロボット群を発見。これを利用して世界征服を企むが、ロボット発掘後に他の調査員たちを殺害する。しかし、メンバーの一人である兜十蔵博士には逃げられてしまう。
十蔵はDr.ヘルの野望を阻止するため、光子力で動く超合金Z製のロボット「マジンガーZ」を秘密裏に建造するが、あしゅら男爵たちの襲撃を受けて命を落とす。死の間際、Dr.ヘルの陰謀を孫の兜甲児に託し、マジンガーZを託す。甲児は亡き祖父の遺志を継ぎ、マジンガーZの力でDr.ヘルの野望を打ち砕くために戦い始める。
Dr.ヘルの部下には、ミケーネの貴族夫婦のミイラを一体化させたあしゅら男爵、ナチスの鬼将軍のサイボーグであるブロッケン伯爵、頭部の代わりにピグミー族の上半身をマサイ族の肉体に合成したピグマン子爵がいる。兵器としては、ミケーネ人の遺産である巨大ロボットを改造した機械獣を使用。さらに、ミケーネ帝国の使者であるゴーゴン大公と手を組み、ミケーネの技術で製造された強力な「妖機械獣」の支援も受ける。
激闘の末、甲児はDr.ヘルの野望を打ち砕くことに成功する。しかし、地上制圧を目論むミケーネ帝国がその隙を突いて本格的な地上侵攻を開始。突如現れた戦闘獣たちに対し、Dr.ヘルとの戦いで消耗していたマジンガーZは太刀打ちできず、敗北を喫する。
絶体絶命の危機に現れたのが、グレートマジンガーと名乗るマジンガーZによく似たスーパーロボットだった。その正体は、甲児の父・兜剣造がミケーネ帝国の侵攻に備えて極秘に開発していた、マジンガーZを超える超ロボット。操縦者は剣鉄也で、彼が新たな戦いの使命を引き継ぐこととなる。
甲児はマジンガーZを超える新たなヒーローにその役目を譲り、科学者としての道を志し、さやかと共にアメリカ留学へ旅立つ。そして、物語は新たな未来への希望を抱きながら幕を閉じる。
