Yuuta Hibiki se despierta en la habitación de Rikka Takarada y se da cuenta de dos cosas: no tiene recuerdos y puede oír una voz misteriosa que le llama por su nombre desde una habitación cercana. Al investigar más a fondo, encuentra un robot —que se presenta como Hyper Agent Gridman— detrás de la pantalla de un viejo ordenador. Para sorpresa de Yuuta, Rikka no puede oír a Gridman, ni ver a los siniestros monstruos que se ciernen sobre una espesa niebla que envuelve la ciudad. Otro monstruo gigante se materializa en la ciudad y comienza a causar estragos. En medio de la confusión, Yuuta se siente atraído una vez más por el viejo ordenador y se fusiona con Gridman. De repente, aparece en medio de la batalla y se ve obligado a luchar contra el monstruo. Junto con Rikka y su compañero de clase Shou Utsumi, Yuuta forma la «Alianza Gridman» para derrotar a los monstruos que asolan la ciudad y encontrar al responsable de su aparición.
