El último destructor, más avanzado en la Fuerza de Autodefensa Marítima de Japón, la JDS Mirai, zarpa desde Japón en un ejercicio de entrenamiento de la Marina de los Estados Unidos. En el camino, se encuentran con una extraña anomalía meteorológica, haciendo al Mirai perder contacto con sus compañeros. Después de un corto período de tiempo la tripulación detecta una flota acercándose, pero apenas puede creer en sus ojos cuando ven un enorme buque de guerra pasar cerca de ellos. La tripulación al instante la identifican como el Yamato, un poderoso barco que fue hundido en 1945.

A medida que la tripulación escanea el área con su radar, se avistan numerosos barcos, incluyendo el acorazado de clase Nagato.

Dos destructores de aquella desconocida flota intentan interceptar al Mirai, pero este se las arregla para escapar.

Cuatro oleadas de ataques militares cada vez más mortíferos han dejado diezmada gran parte de la Tierra y a la población mundial. La primera ola fue un apagón generalizado en todo el planeta (Oscuridad), la segunda ola fue un terremoto que sacudió toda la Tierra, provocando tsunamis y crecidas en los lagos, arrasando muchísimas ciudades (Destrucción). La tercera ola fue una plaga provocada por la gripe aviar, pero modificada genéticamente para causar más daño, que se transmite por el aire (Infección). La cuarta ola son los "otros", infiltrándose entre los humanos para ir eliminando al resto de supervivientes (Invasión). La quinta ola se descubre a lo largo de la película

En este escenario de miedo y desconfianza, Cassie Sullivan (Chloë Grace Moretz), una adolescente de 16 años, trata de sobrevivir y encontrar a su hermano pequeño Sam.

En el amanecer de la quinta ola, entre los últimos vestigios de la humanidad, y siendo una de las últimas supervivientes, Cassie solo se tiene a ella misma y a su hermano pequeño, Sam, al que deja con la promesa de volver. Todo lo que le queda es su osito de peluche. Cassie sabe que mantenerse a solas es la única opción para seguir con vida y encontrar a su hermano pequeño. Tanto horror ha hecho que se pierda la confianza entre humanos, porque al final, lo único que importa es la supervivencia.

10 de agosto de 2010, del calendario imperial (55 años adelantado al gregoriano), el Sacro Imperio de Britannia sobrepasó a las fuerzas japonesas y conquistó el país en menos de un mes, haciendo uso de sus armas robóticas, los Knightmare Frames. Japón perdió su libertad y derechos, y pasó a ser llamado "Área 11 (eleven)". Sus habitantes, ahora llamados "Elevens" (onces), fueron obligados a sobrevivir en guetos. Sin embargo aún persisten grupos que se resisten y luchan contra el Imperio por la independencia de Japón (Terroristas).

Después de que su padre, el Emperador de Britannia (Charles), no hiciese nada para atrapar a los terroristas que asesinaron a la madre de Lelouch y dejaron ciega e invalida a su hermana, siendo niño, Lelouch juró destruir Britannia. Siete años más tarde, en el Área 11 conoce a una misteriosa chica llamada C.C., con quien realiza un contrato a cambio de un poder llamado "Geass". Con él, Lelouch finalmente tiene el poder que necesita para derrotar a Britannia y realizar sus dos deseos: vengar a su madre y construir un mundo en el que su amada hermana pueda vivir feliz. Para eso Lelouch crea "La Orden de los Caballeros Negros" convirtiéndose en Zero, líder de las tropas rebeldes con el lema "Nosotros protegeremos a los débiles de aquellos que se aprovechan" y enfatizando la justicia. Desde ese momento, se preocupa por liderar la rebelión contra el imperio de Britannia.

En R2:

Ahora es 2018. Un año después del frustrado intento de la rebelión Eleven por hacerse con el poder en su patria, el paradero de Zero es desconocido, dado por muerto por el imperio. Cientos de Elevens que aún persisten con el afán de levantarse en armas contra el imperio, van siendo ejecutados aleatoriamente por las tropas del imperio comandadas ahora por un dictador de nombre Carasas y esclavizando a cualquiera que se oponga. La orden es clara y concisa: dar con el paradero del hombre que lideró la rebelión y mató al príncipe Clovis, a la princesa Euphemia y a miles de soldados. Kallen Kozuki, ya identificada y reseñada como integrante de la resistencia, desapareció misteriosamente. Los antiguos camaradas de Zero ahora lo consideran un traidor, un cobarde a la causa y en medio de todo esto está un Lelouch Lamperouge tranquilo y llevando sus días en paz en compañía de sus viejos amigos del consejo estudiantil de la academia Ashford.

Nada parece haber cambiado en lo absoluto, hasta el día en que súbitamente el misterioso Zero reaparece de la nada y con un nuevo rostro tras la máscara. Una vez más, Zero ha regresado, Lelouch recuerda el pacto para despertar el poder que le dio y le quitó todo, el Geass.