Di masa depan yang jauh, mayoritas manusia telah meninggalkan Bumi, dan Aliansi Kemanusiaan Galaksi didirikan untuk memandu eksplorasi dan menjamin kemakmuran umat manusia. Namun, ancaman yang signifikan muncul dalam bentuk makhluk aneh yang disebut Hideauze, menghasilkan perang antar bintang untuk mencegah kepunahan umat manusia. Bersenjata dengan Chamber, robot otonom, Letnan Ledo berusia 16 tahun dari Galactic Alliance bergabung dengan pertempuran melawan monster. Dalam pergantian peristiwa yang tidak menguntungkan, Ledo kehilangan kendali selama pertempuran dan dilemparkan ke ruang yang jauh, pendaratan darurat di Bumi yang tergenang air.

Di planet biru, Gargantia — armada kapal pemulung yang besar — ​​datang melintasi Chamber dan mengambilnya dari lautan, berpikir bahwa mereka telah menyelamatkan sesuatu yang bernilai. Mengira tindakan mereka untuk permusuhan, Ledo menyelinap ke kapal dan mengambil seorang gadis utusan muda bernama Amy sandera, hanya untuk menyadari bahwa penduduk Gargantia tidak berbahaya seperti yang ia percayai. Dihadapkan dengan ketidakpastian, dan tidak dapat berkomunikasi dengan rekan-rekannya di ruang angkasa, Ledo mencoba untuk mendapatkan pengaruhnya dan menyesuaikan diri dengan gaya hidup baru. Namun hari-harinya yang damai akan segera berumur pendek, karena ada lebih banyak planet yang diliputi samudera ini daripada yang terlihat.