W 2005 roku rasa obcych potworów znanych jako Zonderzy wyłania się spod ziemi, aby przeprowadzić serię ataków na Tokio. Jedyną obroną przed tymi stworzeniami jest tajna agencja o nazwie Gutsy Geoid Guard (lub 3G) oraz ich ostateczna broń – potężny gigantyczny robot GaoGaiGar. Pilotem GaoGaiGara jest Guy Shishio, były astronauta, który dwa lata wcześniej, gdy Zonderzy po raz pierwszy wylądowali na Ziemi, niemal zginął. Guy przeżył, ponieważ tajemniczy robot-lw Galeon uratował go z płonącej kapsuły i przeniósł na Ziemię. Ojciec Guya, Leo, wykorzystał technologię Galeona, aby zrekonstruować zniszczonego syna jako cyborga, licząc, że będzie w stanie powstrzymać obcych, gdy się pojawią. Teraz, z Galeonem jako swoim rdzeniem, GaoGaiGar walczy o ochronę Ziemi. Wspomagają go drużyna transformujących robotów oraz młody chłopiec o imieniu Mamoru, który posiada moc oczyszczania rdzeni Zonderzy i wydaje się być powiązany z tajemniczym Galeonem.