En un futuro lejano, la humanidad ha encontrado una forma de vivir para siempre comprando cuerpos mecánicos, pero esta vía hacia la inmortalidad es extraordinariamente cara. Un chico empobrecido, Tetsurou Hoshino, desea comprar un pase en el Galaxy Express 999 -un tren que viaja por todo el universo- porque se dice que al final de la línea, los que estén a bordo pueden obtener un cuerpo mecánico gratis. Sin embargo, cuando la madre de Tetsurou es abatida por el villano híbrido hombre-máquina Conde Mecha, todo parece perdido.

Entonces, Tetsurou es salvado de una muerte segura por la misteriosa Maetel, una mujer alta de pelo rubio y con un gran parecido a su madre. Ella le da un pase para el Galaxy Express con una condición: que viajen juntos. Así, Tetsurou comienza su viaje a través del universo hacia muchos planetas únicos y emocionantes aventuras, con la esperanza de poder alcanzar lo que más desea.