U.C.（宇宙世纪）0079年，人类向宇宙发展并建立了多个巨大的卫星，让人类能够居住在宇宙中。卫星的居民们不堪忍受地球联邦政府对其剥削和压迫，遂宣布独立，更组建军队与地球联邦政府决一雌雄。在战争中双方先后开发了机动战士并投入战场。NEWTYPE少年阿姆罗·雷无意中驾驶上联邦军新开发的机动战士高达，卷入后来被称为“一年战争”中，并与其宿敌夏亚·阿兹纳布尔相遇。

メインライターは酒井あきよしで18本を担当している。辻真先も第1話を書いている。スタッフとして、アニメーターの金田伊功（OP）、作画監督の芦田豊雄、演出の高橋良輔（ペンネーム・山口和十八を使用）らが参加した。 本編は「宇宙樹編」、「戦士の休暇編」、「ネオ・ブラック・ゴースト編」からなった。石ノ森の提示によりエッダ(北欧神話)編をベースにした宇宙樹編は、監督の高橋の手に余るという理由で9話で終了した。「ミュートスサイボーグ編」のアニメ化の構想もあり、石森がラフデザインを描き下し、脚本も3話分の第1稿が完成していたが、実現しなかった。ここでヘレンの代わりとして考案されたアルテミスのデザインは、2001年版のアニメで使われた。 『宇宙海賊キャプテンハーロック』の終了後に本作が放送された。本編開始前に、前夜祭と称して、スタジオに石ノ森や声優、一般のファンやキャロライン洋子、南州太郎ほかの芸能人を集めた前宣伝の番組『サイボーグ009前夜祭 アニメでフィーバー!』が2週にわたって放映された。 第1作で変更されたコスチューム・009の髪の色・007の年齢設定も、原作に準ずるものになっている。ただ加速装置については009のみが装備する特殊能力となり、002は装備しない。ただしネオ・ブラック・ゴーストのサイボーグの中には、加速装置が装着されていると思わしき描かれ方がされた場面もある。

　　火星開拓作業のためにサイボーグとなった者たちが、自らを「メガノイド」と称して人類に対し反乱を起こした。メガノイドを生み出してしまった破嵐創造博士の息子である破嵐万丈は、巨大ロボット「ダイターン3」と大量の金塊を奪取して地球に脱出した。 　　万丈は金塊を元手にシン・ザ・シティに居を構え、執事ギャリソンとパートナーのビューティーと共に、メガノイドの人類支配阻止のために立ち上がる。

　　謎の宇宙人ガイゾックに母星を滅ぼされ、地球に移住したビアル星人の生き残りの子孫、神（じん）ファミリー。ついに地球へとその魔の手を伸ばしてきたガイゾックに対し、彼らは先祖伝来の発掘兵器である宇宙船キングビアルや巨大ロボットザンボット 3で立ち向かう。戦乱の荒野と化した日本で、勝平たちの苦難に満ちた戦いが始まる。