El personaje principal de la serie, Black Rock Shooter, se despierta repentinamente en un laboratorio subterráneo. Sin entender lo que pasó, y sin siquiera recordar quién es ella, la niña descubre que el mundo está al borde de la destrucción. La culpable es una inteligencia artificial llamada Artemisa, que desató una guerra contra sus creadores.
Además, la humanidad casi ha perdido, y nuestra heroína se ha mantenido como una de las últimas defensoras de la raza humana. Al ponerse en contacto con aliados, Black Rock Shooter tiene la tarea de destruir un ascensor espacial que Artemis está construyendo para transportar tropas de la Luna a la Tierra.
La finalización de la construcción significará el fin del mundo, por lo que la niña va al campo de batalla sin dudarlo, ya que, a diferencia de la memoria, su arma favorita y sus habilidades para disparar no han desaparecido. Y aunque la ventaja del enemigo es grande, mientras la heroína está viva, la esperanza de toda la humanidad también está viva con ella.
