2019年，现代科技高度发达，机器人普及到人类世界的方方面面。中央种子岛高中机器人部，是一个只有两个人的小团体，痴迷于掌上游戏的八汐海翔（木村良平饰）和超级喜欢机器人的部长濑乃宫秋穗（南条爱乃饰），面临因人数过少而废部的局面。小秋梦想带着本部最大的梦想——等高大小的机器人GUNVARL参加来年举行的东京市博会。为了顺利征得经费，机器人部必须在ROBO-ONE大赛上取得优胜。峰回路转、紧张刺激的比赛后，机器人部顺利存活，还吸纳了在机械方面拥有极高天赋的日高昴（细谷佳正饰）入部。巨型机器人的建造有条不紊地进行着，瑰丽的梦想恣意绽放，而阴谋的黑影也悄悄笼罩种子岛，这一切全与九年前的事件息息相关……本片根据志仓千代丸的原作改编。