서기 200X년. 다이아몬드의 200배의 경도를 가진 특수한 광석 'G광석'이 발견되었다. G광석의 연구를 위해 북극에 다국적 개발 기지 '폴라 스테이션'이 개발되었지만 매드 사이언티스트 프로페서 란도에 의해 함락되고 만다. 프로페서 란도는 G광석을 이용한 거대 로봇 괴수 '메탈 비스트'를 만들어 세계정복의 야욕을 불태운다. 한편 일본의 방위청은 이에 대항하기 위해 훗카이도의 일본 국제 항공 우주 기술 공단인 NISAR과 접촉, G합금으로 만들어진 우주개발용 로봇 '겟타 로보'의 협력을 요청한다. 타치바나 박사는 본래 전투용이 아닌 겟타로보를 전투에 사용한다는 사실에 거부감이 들어 거절하지만, 아들인 신이치가 메탈비스트에 의해 사망하는 사건에 의해 협력을 받아들이고 겟타로보를 전투용으로 개수한다. 겟타로보의 파일럿으로 선발된 이치몬지 고와 NISAR의 메카닉인 타치바나 쇼, 그리고 파일럿 훈련생 다이도 가이는 3단분리 변형이 가능하게 개조된 겟타로보를 타고 프로페서 란도의 야망에 대적해나간다.