Vào năm 2032, Trái Đất phải hứng chịu một cuộc xâm lăng bất ngờ của các thế lực ngoài hành tinh. 19 năm trôi qua sau sự kiện đó, và với sự hỗn loạn thống trị toàn cầu, cách duy nhất để giải cứu thế giới khỏi sự hủy diệt hoàn toàn là sống sót và chiến đấu chống lại những kẻ buộc Trái đất phải bị tận diệt hoàn toàn.
Black★Rock Shooter là vũ khí tối thượng được giao trách nhiệm bảo vệ nhân loại, sở hữu khả năng chiến đấu chống lại kẻ xâm lược. Cô xuất hiện từ đống đổ nát của San Francisco, và chứng kiến một đội quân còn sống sót, mà sau này trở thành chỗ dựa cho cô trong suốt nhiệm vụ của mình...