科学警备队队员光超一郎从宇宙空间站EGG3前往地球的途中与不明宇宙人遭遇，自称为"奥特曼"的宇宙人告诉他地球上的各种怪兽与超自然现象危机迫在眉睫，但奥特曼无法以宇宙人的身姿在地球上长期生活，所以便借用光超一郎的身体与之合为一体，并可以用"闪光之星"来随时变身，使人类得以应付即将到来的各种危机…作为奥特曼系列的动画版，比起特摄片有固有的优势。在这里，主角可以做以前奥特曼们无法完成的特技。同时在一话中可以有数个奥特曼和怪兽登场，而不用额外的开销。而且，怪兽的设计者们不用再被这个时代"怪兽的皮套需要适应人的体型"这一技术条件所限制。因此，他们的创造力可以无限发挥。

因为玩具机器人，大雄（小原乃梨子 配音）受到小夫（肝付兼太 配音）和胖虎（立壁和也 配音）的奚落，连哆啦A梦（大山のぶ代 配音）不愿帮他。为了寻找生气走掉的哆啦A梦，大雄通过任意门来到寒冷的北极，却在这里发现奇怪的机器人零件。在此之后，各式的零件源源不断从空中掉落至大雄的家中。由于零件过于巨大，为了不引起骚动，两个好友将机器运到镜面世界，并组装成巨大的机器人。他们兴奋地邀请静香（野村道子 配音）来镜面世界玩耍，偶然间发现机器人竟然装备有威力强大的武器。不久，一个名为莉露露（山本百合子 配音）的女孩出现在小镇上，她自称是机器人的主人。大雄他们热心地将镜面世界工具借给莉露露，却发现她在那里建立了毁灭地球的基地……

在奥内米斯王国里，有一支本应担任宇宙探险飞行的军队——王立宇宙军。但由于种种因素，他们始终只是一支无所作为的军队，甚至被其他军队视为废物。原本安于现状，只是在军队中混日子的年轻士官希洛兹（森本玲夫  配音），与美丽的少女莉库妮（弥生みつき  配音）邂逅，被她的单纯与虔诚所吸引，逐渐开始改变自己的人生态度——成为第一个探索宇宙的人，让“王立宇宙军”成为名副其实的宇宙探索者。 但现实是残酷的，奥内米斯王国内部的腐败使他们的信念一次次受挫，似乎人们都更关注于地面上丑陋的斗争，虽然王立宇宙军最后得到了飞行的机会，但那确是帝国内部的阴谋，企图牺牲希洛兹搭乘的火箭，以作为和邻国开战的借口。即便这样，希洛兹还是坐上了火箭，他能否看到太空中的日出呢……