"Mobile Suit Gundam 00 Second Season" setzt vier Jahre nach den Ereignissen der ersten Staffel ein. Die Welt hat sich durch die Aktionen des paramilitärischen Verbands Celestial Being verändert, der durch den Einsatz von Gundams bewaffnete Konflikte beenden wollte. Die drei Supermächte der Erde – die Union, die AEU und die Human Reform League – haben sich zur Earth Sphere Federation zusammengeschlossen, um eine neue Weltordnung zu schaffen. Doch trotz dieser Einigung herrschen weiterhin Spannungen und Ungerechtigkeiten.

Celestial Being, das in der ersten Staffel scheinbar zerschlagen wurde, kehrt zurück, um seine Mission fortzusetzen. Die Gundam-Piloten Setsuna F. Seiei, Lockon Stratos (dessen Rolle von seinem Zwillingsbruder Lyle übernommen wird), Allelujah Haptism und Tieria Erde schließen sich erneut zusammen, um gegen die Unterdrückung und Korruption zu kämpfen. Sie stehen jedoch vor neuen Herausforderungen, darunter die Innovades, eine Gruppe von künstlich geschaffenen Menschen, die im Hintergrund die Fäden ziehen, und die A-LAWS, eine militärische Einheit der Earth Sphere Federation, die mit brutaler Gewalt gegen Dissidenten vorgeht.

Die Handlung konzentriert sich auf die Konflikte zwischen Celestial Being, der Earth Sphere Federation und den A-LAWS, während gleichzeitig die Hintergründe der Innovades und ihre Verbindung zu den Gundams enthüllt werden. Setsuna entwickelt sich weiter, sowohl als Pilot als auch als Mensch, und erfährt mehr über seine Vergangenheit und die wahre Natur der Gundams. Die Serie thematisiert Themen wie Krieg, Frieden, menschliche Evolution und die moralischen Dilemmata, die mit dem Einsatz von Gewalt zur Erreichung von Frieden einhergehen.

Neben den Kämpfen zwischen den Gundams und den feindlichen Kräften gibt es auch persönliche Konflikte und Entwicklungen der Charaktere. Lyle Stratos muss mit dem Erbe seines Bruders umgehen, während Allelujah mit seiner gespaltenen Persönlichkeit und seiner Vergangenheit als Experiment konfrontiert wird. Tieria erfährt mehr über seine eigene Existenz und seine Rolle innerhalb von Celestial Being. Die Serie endet mit einem epischen Finale, das die Zukunft der Menschheit und die Rolle von Celestial Being in einer sich verändernden Welt in Frage stellt.