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。

散华礼弥（内田真礼 配音）本该是一个快乐活泼的女孩，可是与亡母过分想象的外貌激发了父亲散华团一郎（石冢运升 配音）超限度的溺爱和束缚，这让礼弥感到痛苦万分，甚至因此而失足从悬崖上摔落而死。没想到，礼弥的死却促成了她和偶然间邂逅的少年降谷千紘（木村良平 配音）之间的一段缘分。为了使爱猫复活，对僵尸极其狂热的降谷研发了一种怪异的药剂，他将这种药剂用在了已死的礼弥身上，没想到，礼弥居然以僵尸的形式重生了。
就这样，僵尸礼弥顺其自然的成为了降谷家的寄宿者，而为了使礼弥能够重新成为普通的女孩，降谷开始为了研究新的药剂而开始了奔波。