西曆2071年，迷之機械細胞羣突然開始了世界規模的人類討伐作戰計劃。2074年，經過長期抗戰之後，處於劣勢的人類動用了最終破壞兵器，爲了殲滅敵人，甚至不惜付出犧牲自己國家龐大國土的代價。於是主要大陸被分成了數塊，南極大陸也消失了，地球上的50%以上的陸地被海水所淹沒。大戰經過了十年後……
　　原本在大戰中受傷而退伍不再當飛行員的冬後大佐，卻突然接到了特殊命令。負責教育駕駛日本海軍機密研發的、彙集了所有最新設計理念的新武器的飛行員們。令人驚訝的是，這三名飛行員候補生都是十幾歲的女孩子。精英軍人家庭中成長的一條瑛花也就算了，看着與戰爭看起來扯不上邊的IQ200的天才少女園宮可憐、以及看起來唯一的優點就是有精神的少女櫻野音羽這兩個人，冬後啞口無言……在嚴酷的訓練中，三人之間的羈絆也越來越深了。
　　被稱爲“SKY GIRLS”的少女們，揹負着人類的未來和希望。現在正翱翔在這廣闊的天空中！！