No ano de 2005, uma raça de monstros alienígenas chamados Zonders emergem do subsolo e lançam uma série de ataques à cidade de Tóquio. A única defesa contra essas criaturas é a agência secreta conhecida como Gutsy Geoid Guard (ou 3G) e sua melhor arma, o incrível robô gigante GaoGaiGar. O piloto de GaoGaiGar, Guy Shishio, é um ex-astronauta que quase foi morto dois anos antes quando os Zonders caíram pela primeira vez na Terra. A vida de Guy foi poupada quando um misterioso leão robô chamado Galeon o tirou da nave em chamas e o trouxe para a Terra. O pai de Guy, Leo, então usou a tecnologia de Galeon para reconstruir seu filho despedaçado como um ciborgue, na esperança de que ele pudesse parar os alienígenas quando eles aparecessem. Agora, com Galeon como seu núcleo, GaoGaiGar luta para proteger a Terra. Ele é auxiliado por uma equipe de robôs e por um garoto chamado Mamoru, que tem o poder de purificar os núcleos dos Zonders, e parece estar conectado ao misterioso Galeon.