Afin de sauver sa planète Râmetal, condamnée au froid glacial et à l'obscurité depuis que son soleil Râ l'a reniée, la reine Promithium n'a eu d'autre choix que de faire subir à son peuple le processus irréversible de la mécanisation après l'avoir expérimenté sur elle-même en guise d'exemple. Les deux filles de la reine, la douce Maetel et la guerrière Emeraldas ayant contredit ses desseins funestes, elles se voient contraintes de fuir Râmetal. Tandis qu'Emeraldas rejoint le capitaine Harlock et son fidèle compagnon Tochirô, Maetel choisit de s'exiler sur le Galaxy Express 999 qui parcourt l'Espace. Mais un jour, sa mère la rappelle pour qu'elle prenne sa succession...

Les jeunes Maetel et Emeraldas sont les deux filles de la reine Andromeda Promethium. Elle vivent sur la planète jumelle de la Terre : la Métal qui, suite à un bouleversement cosmique, quitte son orbite et s'écarte de son soleil. Commence alors un hiver éternel pour cette planète et ses habitants qui se meurent lentement de faim et de froid. Pour sauver ses sujets, la reine Promethium décide de faire appel à Hardgear qui lui propose une technologie pour transformer les humains en androïdes. La reine est la première à essayer cette transformation mais elle a des conséquences sur son comportement. Pourtant, elle décrète que tout son peuple devra suivre son choix. Ses filles s'opposent à perdre leur humanité et décide de quitter la Métal poursuivies par Hardgear et ses sbires. La reine se retrouve seule et désespérée.

Un soir, le jeune Tetsuro Daiba aperçoit une météorite s'écraser non loin de chez lui. Après s'être rendu sur les lieux du désastre, il fait la rencontre d'une étrange femme blonde, à l'allure immatérielle... elle apporte un message venu de l'infini, un nouvel espoir pour aider les humains dans leur lente évolution, dans leur voyage vers le futur.

Suite à sa victoire face à la reine Promethium, Tetsurô décide finalement de rentrer sur Terre. Cependant, la ville qu’il chérissait tant, Metropolis, a été détruite par les sbires de Promethium qui d’après les rumeurs serait en fait toujours vivante. N’écoutant que son courage, Tetsurô rejoint une armée de résistants. Or, quelques temps plus tard, il reçoit un message de son amie Maetel qu’il pensait ne plus revoir, le conviant à la rejoindre dans le Galaxy Express 999.

Tetsuro est un orphelin des rues, dont la mère a été tuée par le Comte Mécha. Depuis, il ne rêve que d'une chose : monter à bord du Galaxy Express 999, un train spatial, et se rendre sur la planète des robots, afin d'obtenir lui-même un corps mécanique et tuer le Comte. Un jour, il rencontre Maetel, une femme ressemblant à sa défunte mère. Celle-ci lui propose de l'accompagner à bord du Galaxy Express 999.

Alors qu'il voyage à bord du Galaxy Express 999 avec Maetel, Tetsuro se lie d'amitié avec Claire, qui a été forcée par sa mère d'échanger son corps organique pour un corps en cristal. Mais lorsque le danger menace Tetsuro, Claire essaye de l'aider.

L'histoire raconte la vie du jeune Manabu Yuuki, originaire de la planète Tabito, dont le père et le frère sont décédés en mission pour la Galaxy Railways. Il décide lui aussi de rejoindre cette compagnie au sein du SDF (Space Defense Force) tout comme son père (le frère lui, faisait partie de la brigade d’intervention spéciale SPG Space Panzer Grenadier).