Em um futuro próximo, o Japão desenvolve um traje blindado chamado Infinite Stratos, ou IS, para uso no espaço sideral. Contudo, o IS foi posteriormente empregado como arma militar, até ser finalmente incorporado como um novo esporte. O único porém do IS é que ele só pode ser pilotado por mulheres, ou assim se pensava, até o surgimento de Orimura Ichika. Como irmão mais novo da renomada piloto Orimura Chifuyu, que representou o Japão e permaneceu invicta em toda a sua carreira profissional, Ichika é o único homem em todo o mundo capaz de pilotar um IS. Ele foi aceito na Academia IS, onde todas as estudantes são mulheres, exceto ele, e precisa treinar para se tornar um piloto. Ichika se surpreende ao descobrir que sua professora é ninguém menos que sua irmã Chifuyu e fica quase incomodado com toda a atenção que recebe por ser o único rapaz no campus. Quase todas as garotas ao seu redor competem para conquistar o coração de Ichika, e com todo o flerte rolando, ele mal tem tempo para dominar o uso de seu IS.