2035年,经历了“赤道之冬”濒临灭亡的大危机后,残存的人类确立了世界新秩序,即由机器人“Gigantic”作为国家代表而战斗的“WWW”(Wisest World War)。全世界用于代表战的机器人Gigantic共有12架,其中代表日本的驾驶者是13岁的少年州倭慎吾和14岁的少女神代真名。由于世界能源革命和政变不断发生,两人一机的战斗于是开始了……
《机器人少女Z》是把位于“机器人动画金字塔顶端”的“魔神系列三部曲”《魔神Z》《大魔神 GREAT MAZINGER》《UFO魔神古兰戴萨》中的机体进行美少女化,并组成最强最凶猛的“机器人少女Z”简称“Z组合”。故事发生在未来,“Z组合”平时在东京练马区大泉学园光子力町进行新型能源“光子能源”的宣传活动,偶尔将前来搞破坏的地下帝国的尖兵(机械兽少女们)揍飞(顺便发泄压力)。是日常搞笑与暴力相结合的动画