机器人少女Z》是把位于“机器人动画金字塔顶端”的“魔神系列三部曲”《魔神Z》《大魔神 GREAT MAZINGER》《UFO魔神古兰戴萨》中的机体进行美少女化，并组成最强最凶猛的“机器人少女Z”简称“Z组合”。故事发生在未来，“Z组合”平时在东京练马区大泉学园光子力町进行新型能源“光子能源”的宣传活动，偶尔将前来搞破坏的地下帝国的尖兵（机械兽少女们）揍飞（顺便发泄压力）。是日常搞笑与暴力相结合的动画
打倒了敌人“汞合金”的九龙、盖茨等强敌，恢复了以往和平日常的“阵代高中”。但，这样的日子并未延续多久……。持续失态的“汞合金”开始正式向相良宗介等人发动袭击。世界各地的“秘银”基地遭到强袭！泰莎率领的Tuatha de Danaan所容身的“美利达岛”也遭到大量导弹、强袭机兵的攻击。另一方面，魔手也正在逼近日本的宗介与要！！宗介、要、泰莎等人，再度面临试炼！！！