Depois que a Terra foi destruída por misteriosas formas de vida alienígenas conhecidas como Gauna, os remanescentes sobreviventes da raça humana escaparam para o espaço na enorme nave de geração Sidonia. Tendo vagado pelo espaço por milênios, o Sidonia se viu mais uma vez sob ataque de Gauna pela primeira vez em um século. Mais uma vez enfrentando a ameaça de extinção, uma vitória temporária contra os Gauna foi alcançada graças ao híbrido humano-Gauna Tsumugi Shiraui e ao ás piloto mecha Guardião Nagate Tanikaze. 10 anos depois... O povo de Sidonia desfruta de uma breve pausa. Dias pacíficos passam, durante os quais Tsumugi começa a perceber seus sentimentos por Nagate, que agora é celebrado como um herói de Sidonia. No entanto, como o capitão Kobayashi sempre soube, enquanto os Gauna permanecerem, a paz não poderá durar. A decisão está tomada: uma batalha final, sobre a qual depende o destino dos últimos sobreviventes da humanidade.