西暦2009年、巨人種族ゼントラーディとの間に勃発した第一次星間大戦において絶滅の危機に瀕した地球人類は、種の保存のため大規模な移民船団を作り、銀河系各方面へと旅立っていった。50年後の西暦2059年、銀河系中心宙域を旅するマクロス・フロンティア船団において、マクロス・ギャラクシー船団の人気歌手シェリル・ノームのライブが行われた当日、巨大な昆虫型宇宙生物バジュラの群れが襲来し、人類対地球外生命体の新たな戦いが始まる。
その最中で、パイロットを目指す少年、早乙女アルトと歌手を夢見る少女、ランカ・リーはシェリルと巡り会う。アルトは民間軍事企業S.M.Sに入隊してバジュラとの戦いに身を投じ、ランカはアイドルを目指して下積みの仕事に励む。シェリルはギャラクシー船団からのスパイではないかと疑われ、3人の間には恋愛と疑いの感情が交錯する。
バジュラの襲撃によりギャラクシー船団は壊滅し、フロンティア船団もバジュラ艦隊の攻撃を受ける。市街地の激戦において、シェリルとランカの歌声から伝わるフォールド波がバジュラの活動に影響を与えることが分かる。ふたりはフォールド波を放つフォールド細菌の宿主（キャリア）だったが、生まれながらに共生関係にあるランカの能力が覚醒する一方、免疫を持たないシェリルは声帯を蝕む死の病に侵されていく。
3か月後、バジュラを操り銀河系征服をもくろむ為政者の野望があらわとなる。フロンティア政府は難民船団に潜むギャラクシー船団幹部のクーデター計画を制圧し、歌姫の力を利用してバジュラネットワークを掌握する。バジュラを物理的に支配し、希少資源フォールドクォーツが眠るバジュラ母星へと侵攻するが、土壇場でギャラクシー勢力の再蜂起にあい船団を乗っ取られる。S.M.Sは人類の暴虐を食い止めるため、旗艦マクロス・クォーターで単独追撃する。
決戦を迎えてランカはアルトに思いを告白し、アルトはシェリルとの縁（えにし）を知る。アルトはふたりの歌声をバジュラに伝えるためYF-29デュランダルに乗り、大空に黄金色の舞を描く。群れの中枢たるバジュラクイーンをギャラクシーの支配から解放するが、直後に援軍から一斉砲撃を浴びる。爆発間際、アルトはシェリルとランカに己の気持ちを伝え、バジュラクイーンと共に超空間転移（フォールド）して姿を消す。
1か月後、フロンティア市民はバジュラ母星への入植作業を行う日々を過ごしている。生命を賭して歌ったシェリルは静かに眠り続け、ランカはアルトの帰還とシェリルの目覚めを信じて歌を捧げる。
