Après la mort de sa mère aux mains du mauvais robot Comte Mecha, le jeune Tetsuro est devenu un oursin de rue délinquant qui ne rêve que de vengeance. Tetsuro vit dans un monde futur lointain où les humains ont le choix de se rendre sur une autre planète où ils peuvent échanger leur corps contre des contreparties robotiques immortels. Son but est d'acquérir un jour (par le vol) assez d'argent pour monter à bord du Galaxy Express 999, un train qui est capable de voyager à travers l'espace, et qui l'emmènera sur la planète des robots. Un jour, après s'être enfui de la police, il rencontre le beau Maetel, qui ressemble à sa mère. Elle propose de l'emmener sur le Galaxy Express 999 pour obtenir un corps robotique et se venger du comte Mecha. Pendant le voyage, les deux rencontrent de nombreuses personnes variées (dont le capitaine Harlock et la reine Emeraldas), et Tetsuro apprend ce que signifie être humain.