Tomoru Shindo, ein Student der City 5 kurz vor dem Abschluss, kämpft mit Unsicherheiten über seine Zukunft, einschließlich einer möglichen Meldung bei den Earth Defense Forces. Er leidet unter wiederkehrenden Träumen von einer Frau, die von mechanischen Monstern bedroht wird, und Visionen eines Mechas namens Orgun, das auf dem Mond gegen Verfolger kämpft. Diese Albträume werden zur Realität, als ein fremdes Mecha City 5 angreift. Im Chaos trifft Tomoru auf Professor Michi Kanzaki, dessen Forschung zu außerirdischen Signalen zur Schaffung einer unbekannten Maschine führte. Diese Maschine erwacht als Orgun, wählt Tomoru als Piloten aus und verbindet sich telepathisch und physisch mit ihm, um die Invasoren zu bekämpfen. Durch diese Verbindung erfährt Tomoru, dass Orgun 260 Millionen Jahre gereist ist, um die Erde zu erreichen, und ein abtrünniger Evoluder ist – eine fortgeschrittene Spezies, die von einer vor Jahrhunderten gestarteten menschlichen Raumsonde abstammt. Die Besatzung der Sonde entwickelte sich über Äonen aufgrund relativistischer Zeitdilatation während der Tiefraumreise zu biomechanischen Hybriden.

Die Verschmelzung gewährt Tomoru Zugang zu Orguns Erinnerungen und enthüllt den genozidalen Feldzug der Evoluder durch die Galaxis sowie ihre Absicht, die Erde zu zerstören. Sie offenbart auch Tomorus ancestrale Verbindung zu einem Besatzungsmitglied der ursprünglichen Cygnus-Mission, den Vorfahren der Evoluder. Anfangs widersteht er seiner Rolle und misstraut den Earth Defense Forces, doch nachdem er sieht, wie Evoluder Zivilisten bedrohen, entwickelt er sich vom Opfer zum Beschützer der Erde. Seine Bindung zu Orgun vertieft sich, was ihre Synchronisation und Kampffähigkeit gegen weitere Angriffe verbessert. Professor Kanzaki unterstützt ihn und nutzt Daten ihrer psychischen Verbindung, um Orguns Technologie für die irdischen Streitkräfte zu replizieren.

In der finalen Schlacht versucht Evoluder-Kommandant Zoa, die Erde mit einer Antimaterie-Kanone zu vernichten. Orgun fängt den Strahl mit seinem solarbetriebenen „Grand Cross Attack“ ab und opfert sich dabei. Kumi Jefferson, die sich als Medium für die Evoluder-Anführerin Lady Mhiku entpuppt, nutzt unerklärliche Fähigkeiten, um den Sonnenaufgang zu beschleunigen und den Gegenangriff zu ermöglichen. Orgun stirbt, doch Tomoru überlebt. Lady Mhiku, von Zoas Kontrolle befreit, entdeckt durch die Menschlichkeit ihr Mitgefühl wieder und führt die verbliebenen Evoluder von der Erde fort. Tomoru, der Orguns Zerstörung überstanden hat, geht mit Professor Kanzaki in den Sonnenuntergang und reflektiert über Orguns doppelten Zweck: die Erde und die Evoluder von ihrem Zerstörungspfad zu retten.

Tomoru Shindo/Orgun