在未来世界里，银河人类文明高度发达，铁道智能机器人已经广泛应用于日常生活，剧场并且人们为了追求永恒的银河生命，开始尝试将自己的铁道身体改造为机器。在这片科技与人性交织的剧场背景下，一列名为“银河铁道999号”的银河宇宙列车成为了连接地球和遥远星系的纽带，将无垠的铁道星空拉近了人们的距离。少年星野铁郎（由野沢雅子配音）的剧场母亲因为一个嗜好杀戮的机械伯爵而惨遭不幸，为了完成母亲未竟的银河心愿——前往安达罗星云进行身体改造，他不惜在车站与人抢夺银河铁道999号车票。铁道这一过程中，剧场他结识了容貌与其母亲极为相似的银河女孩梅蒂尔（由池田昌子配音），并得到了她的铁道帮助。于是剧场，在一段充满未知与奇迹的旅程中，星野铁郎不仅要揭开宇宙的奥秘，更要解开内心深处关于爱与牺牲的秘密。