Di masa depan yang jauh, sebagian besar manusia telah meninggalkan Bumi, dan Aliansi Galaksi Kemanusiaan didirikan untuk memandu eksplorasi dan memastikan kemakmuran umat manusia. Namun, ancaman signifikan muncul dalam bentuk makhluk aneh yang disebut Hideauze, yang mengakibatkan perang antarbintang untuk mencegah kepunahan umat manusia. Berbekal Chamber, sebuah robot otonom, Letnan Ledo yang berusia 16 tahun dari Aliansi Galaksi bergabung dalam pertempuran melawan para monster. Dalam sebuah kejadian yang tidak menguntungkan, Ledo kehilangan kendali selama pertempuran dan terlempar ke luar angkasa, mendarat darurat di Bumi yang tergenang air.
Di planet biru, Gargantia-sebuah armada kapal pemulung yang besar-menemukan Chamber dan mengambilnya dari lautan, mengira mereka telah menyelamatkan sesuatu yang berharga. Mengira tindakan mereka sebagai tindakan permusuhan, Ledo menyelinap ke dalam kapal dan menyandera seorang gadis pembawa pesan bernama Amy, hanya untuk menyadari bahwa penghuni Gargantia tidak seberbahaya yang ia yakini. Dihadapkan pada ketidakpastian, dan tidak dapat berkomunikasi dengan rekan-rekannya di luar angkasa, Ledo berusaha untuk menyesuaikan diri dengan gaya hidup baru. Namun, hari-hari yang damai akan segera berakhir, karena ada banyak hal yang lebih dari yang terlihat di planet yang diselimuti lautan ini.
