En 1945, à la fin de la seconde guerre mondiale, des extraterrestres surnomés Genjyu / Genjuu envahissent la Terre dans le but d'éliminer la race humaine !

Un demi siècle plus tard en 1999, les Genjyu ont ravagé une grand partie de la planète, les villes ne sont de désolation. Le gouvernement décide alors d'engager des jeunes lycéens possédant des qualités de mécanicien, pilote ou comptable. Ceux-ci sont regroupés dans différentes unités.

L'histoire de Gunparade Orchestra se concentre sur la 108ème unité située à Aomori au Japon. Cette unité est pauvre et regroupe des étudiants qui n'ont pas réussi à faire partie de l'élite.

Ishida Sara, tout juste diplômée, est nommée chef de cette équipe, la 4ème division d'Aomori. Mais les 14 membres qui composent cette escouade sont très indisciplinés et n'ont aucune expérience du combat tandis que l'ennemi approche...