Die Geschichte von Mai-Otome spielt in ferner Zukunft auf dem Planeten Earl, der vor Jahrhunderten von Einwanderern von der Erde kolonisiert wurde. Die "alte Technologie" hat in Form von Nanomaschinen überlebt, die es weiblichen Jungfrauen ermöglichen, hoch entwickelte Materialisierungsausrüstung (HiME) zu benutzen und Meister-Otome zu werden - Leibwächter und Krieger, die dem Königtum verschiedener Königreiche dienen.

Arika Yumemiya ist auf der Suche nach ihrer Mutter, von der Arika weiß, dass sie eine Otome war, ins Königreich Windbloom gekommen. Bei ihrer Ankunft trifft sie die Spitzenschülerin (Coral Otome), Nina Wáng, und die Thronfolgerin von Windbloom, Mashiro Blan de Windbloom. Die Serie folgt Arikas Fortschritten als Studentin an der Garderobe-Akademie und den Machenschaften derer, die die zerstörerische Kraft der alten Technologie für sich selbst begehren.