在2071年，一种未知的机械细胞群突然发起了全球性的对人类的大规模攻击。经过长达十年的艰苦战斗后，人类最终依靠新型武器取得了胜利，但代价惨重。主要陆地被分割成若干区域，南极大陆神秘消失，地球表面50%以上的陆地被海水淹没，世界格局彻底改变。在大战结束后，原为飞行员冬后大佐收到了一份特别命令：他被调派到一个全新且秘密的项目中，负责教导一批训练有素的新一代飞行员。其中，三名关键候补生都是十几岁的少女。虽然她出身于军人家庭，但条瑛花依然令人惊讶地成为了其中之一；天才少女园宫可怜和精神力强大的樱野音羽则分别以超高智商和顽强的精神引起了冬后的关注。这三位少女不仅需要接受高强度的军事训练，还要面对彼此间的竞争与合作。在严酷的训练中，三人之间的羁绊逐渐加深，她们共同肩负起保护人类未来的使命，成为名为“SKYGIRLS”的英雄。这些天翔少女们翱翔于广阔的天空之中，在未知的战斗中寻找希望和光明。
