Dopo che la Terra fu distrutta da misteriose forme di vita aliene conosciute come Gauna, i resti sopravvissuti della razza umana fuggirono nello spazio nell'enorme nave generazionale Sidonia. Dopo aver vagato nello spazio per millenni, la Sidonia si ritrovò nuovamente sotto attacco da parte di Gauna, per la prima volta in un secolo. Ancora una volta di fronte alla minaccia di estinzione, una vittoria temporanea contro i Gauna è stata ottenuta grazie all'ibrido umano-Gauna Tsumugi Shiraui e all'asso pilota mech Guardian Nagate Tanikaze. 10 anni dopo... La gente di Sidonia gode di una breve tregua. Trascorrono giorni sereni, durante i quali Tsumugi inizia a realizzare i suoi sentimenti per Nagate, che ora è celebrato come un eroe di Sidonia. Tuttavia, come il Capitano Kobayashi ha sempre saputo, finché restano i Gauna, la pace non può durare. La decisione è presa: una battaglia finale, sulla quale dipende il destino degli ultimi sopravvissuti dell'umanità. Con l'avvicinarsi della fine, l'equipaggio sarà in grado di proteggere coloro che ama?