Após a Terra ser destruída por misteriosas formas de vida alienígenas conhecidas como Gauna, os remanescentes da raça humana escaparam para o espaço na enorme nave geracional Sidonia. Tendo vagado pelo espaço por milênios, a Sidonia se viu novamente sob ataque dos Gauna pela primeira vez em um século. Mais uma vez enfrentando a ameaça de extinção, uma vitória temporária contra os Gauna foi conquistada graças à híbrida humano-Gauna Tsumugi Shiraui e ao piloto de mecha Guardião Nagate Tanikaze. Dez anos depois... O povo de Sidonia desfruta de um breve descanso. Dias pacíficos se passam, durante os quais Tsumugi começa a perceber seus sentimentos por Nagate, que agora é celebrado como um herói de Sidonia. No entanto, como o Capitão Kobayashi sempre soube, enquanto os Gauna permanecerem, a paz não pode durar.
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