太古の時代、地球は恐竜たちが支配していた。しかし突如として降りそそいだ宇宙線・ゲッター線を避けるため、彼らは地底の奥深くに潜らざるを得なかった。時は過ぎ、独自の進化を遂げた恐竜たちは、再び地上の支配者となるべく現代の世界に姿を現した。帝王ゴールに率いられ、バット将軍やガレリィ長官が人類絶滅のために機械化恐竜・メカザウルスを繰り出してきたのだ。しかも彼らの背後には、恐竜帝国の真の支配者が控えている。いち早く危機に気付いたのは、ゲッター線の有効利用によって宇宙開発を進める早乙女研究所だった。研究所の責任者・早乙女博士は、高校生のリョウ、ハヤト、ムサシの三人に宇宙開発用に作り上げたゲッターロボを兵器として与え、研究所を世界防衛の最後の砦にすることを決意する。三人は各自のマシンの能力と三パターンの合体を駆使し、次々と襲い来る機械化恐竜に立ち向かってゆく。