某日，一块神奇的结晶体现身地球，被科学家宇宙翔拾得。与此同时，露娜和亚特密斯大吵了一架之后离家出走，却因病体力不支昏倒在了路上，宇宙翔将虚弱的露娜带回了家，精心照料，露娜渐渐恢复了活力。
让大家没有想到的是，那块神秘结晶体的本尊，竟然是想要侵略地球的月亮雪公主，现出真身之后，月亮雪公主即刻召集了爪牙，展开了破坏行动。为了对抗邪恶的月亮雪公主，水手服战士们全体出动，然而月亮雪公主用自己的力量使得气温急速下降，整个地球很快就被笼罩在一片冰天雪地之中，情况十分危急。面对如此强大的敌人，水手服战士们能否团结一心，取得最终的胜利呢？

小兔她们现在已经升上初三了，战士们为了考上高中，组织了一个读书会，一起到小丽家中温习。素来有灵力的小丽做了一个怪梦，梦见救世主出现，世界毁灭，令她很担心。新的敌人死亡变种开始利用心魔，四处找寻拥有“纯真之心”的人，而那颗纯真之心即是塔利斯曼，集齐三粒塔利斯曼，传说中拥有极强大力量的圣杯就会出现。首先被心魔袭击的人就是小丽，其它战士想救她，但这次的敌人太强，众人不敌。突然有两位神秘的新战士出现，消灭心魔，她们的目的也是找寻心能水晶。小兔和小卫的爱产生了新的月棱镜，小兔获得更强大的新力量，对抗逼近的新敌人。阿兔她们认识了两个读无限学园高中一年级的新朋友 -- 打扮像男生的天才赛车手天王遥和高贵优雅的小提琴家海王满，众人都被她俩的风采迷倒了。神秘的新战士正式登场，原来是水手服战士水手天王星和水手海王星，不过她们的力量比内部战士强，而作战方式也很不同。转眼来到六月，小兔的生日到了，她想要一对玻璃鞋作生日礼物，小卫竟然不知道小兔快生日了，气得小兔掴了他一记耳光。在众人的提点下，小卫跑去买了那对玻璃鞋，小兔也去找小卫道歉。两人在街上相遇，小卫替小兔穿上玻璃鞋，心魔却在此时出现，要夺走小兔的纯真之心。混乱中，敌人嘉安莉兰特拾到小兔的月棱镜，知道小兔的真正身份，她捉住夜礼服假面，要胁小兔。小兔来到东京铁塔，为救小卫正准备交出纯真之心，水手天王星和水手海王星出现救了她。嘉安莉兰特揭穿小兔就是水手月亮，众人正惊讶，水手金星假扮水手月亮和其余战士出现，骗倒嘉安莉兰特。嘉安莉兰特攻击水手天王星和水手海王星，水手月亮说服大家齐心协力，拯救她们两人，终于战胜了嘉安莉兰特。
小小兔从未来回到现代，说是新倩妮迪女王要她来这里修炼。内部战士中，现在只剩美奈子从未成为心魔目标，她为了证明自己也拥有纯真之心，于是不断捐血，希望成为心魔目标。她的举动令众人担心不已，连小遥和小满也留意着她。终于心魔出现，取出美奈子的内心结晶，有惊人意志的美奈子竟然抱着自己的内心结晶跑到无人的地下停车场，小兔、小遥和小满追着她来到停车场，然后心魔就把各出入口封闭了。阿兔为救美奈子，被逼在敌人尤迪爱和小遥、小满面前变身，不过她仍不敌心魔。眼看美奈子的内心结晶要被拿走，小遥和小满也忍不住变身，成为水手天王星和水手海王星，救回美奈子。其它战士已到门外，尤迪爱以美奈子的性命作要胁，正要攻击时，美奈子也变身了，于是所有人的身份都暴露了。尤迪爱找到拥有心能水晶的人，于是约小遥和小满到水上大教堂。教堂内，尤迪爱捉住水手海王星，把她打到重伤，并取出她的内心结晶，第一粒塔利斯曼出现，再变成深海镜，水手海王星倒下。水手天王星把自己的塔利斯曼--宇宙剑取出，交给赶到的水手月亮后，也倒下了。尤迪爱抢走深海镜和宇宙剑，并攻击水手月亮。神秘女子冥王雪奈突然出现，变身成水手冥王星，用第三粒心能水晶 -- 权杖上的宝石拿回宇宙剑和深海镜，塔利斯曼再次回到水手天王星和水手海王星的身体，三人的力量令圣杯出现。水手月亮和尤迪爱去抢圣杯，水手月亮夺得圣杯，进行二段变身，轻易就打败了尤迪爱。
敌人和外部战士都发现水手月亮不是救世主，于是外部三战士的新任务就是要找出救世主。战士们认识了土萌萤，她是无限学园教授土萌创一的女儿，身体不好。土萌教授其实是死亡变种的高级干部，而无限学园就是死亡变种的大本营。小萤的身体好像有另一个人一样，常常不受控制，说出一些奇怪的话，又拥有医治创伤的神秘力量。小小兔和小萤非常要好，内部战士们也赞成她们做朋友，只是外部战士对小萤的力量存有怀疑。在一次战斗中，心魔的攻击打中小萤，小萤的额头上出现土星标记，证实了她就是毁灭战士水手土星。外部战士怕她会毁灭世界，想阻止她觉醒，但已经太迟了，她的身体已被死亡变种占据，吞下了小小兔的内心结晶后，变成了女主人9。一连串的事件，指出了无限学园就是死亡变种总部，众人于是向无限学园进发，迎战逼近的黑暗……

美丽可爱的月野兔（三石琴乃 配音）是一名正救读初中的女孩，她学业平平，任性娇弱，俨然是生活在大都会普普通通的女孩子们中的平凡一员。可是，在遇到了那只会说话的小猫露娜之后，月野的人生发生天翻地覆的变化。她不仅可以变身成为拥有神奇能力的水手月亮，还渐渐知晓了自己前世今生的秘密。为了保卫地球，挫败黑暗帝国的野心，月野和水野亚美（久川绫 配音）、火野丽（富泽美智惠 配音）、木野真琴（篠原惠美 配音）、爱野美奈子（深见梨加 配音）等人结成美少女战士，与罪恶展开了连番激战，在此过程中，她与命中注定的爱人地场卫（古谷彻 配音）的浪漫恋情也悄然上演……
本片根据漫画家武内直子的经典同名原著改编。

普通的女高中生日下部栗（桑岛法子 配音）一直以来的生活都不咸不淡，平淡但也快乐。直到有一天，她被告知她是圣女贞德的转世。知道这个事情的日下起初大感惊讶和不相信，但随之而来的各种魔法让她不得不认清这个现实。而这个特殊的身份自然赋予了她不得不完成的使命，她需要封印藏匿于四处的恶魔，防止它们危害人间，而这个正义的举动却遭到了误解。于是乎，贞德的前面被冠以了怪盗之名，成为了众多人追逐的对象，其中包括了怪盗辛巴达，也就是日下的同学名古屋稚空（千叶进步 配音）的追逐和保护。于是乎，一场场惊险的怪盗之旅在黑夜的上空开始。
本片改编自漫画家种村有菜的同名漫画。