La serie è ambientata nell'anno 2021 su una rete ferroviaria interstellare estesa per tutta la galassia. Sulla Terra intanto viene progettata Megalopolis, una città dal clima controllato dove gli abitanti più facoltosi, grazie al loro corpo meccanico, vivono fino a duemila anni, con la possibilità di sostituire i pezzi che non funzionano più. I più poveri invece, che non possono permettersi un corpo meccanico, vivono nelle periferie ai margini della città. Un giorno una madre e un figlio poveri vengono a sapere per primi che in un pianeta lontano, Andromeda, si può ricevere gratuitamente un corpo meccanico. Per andarci però devono prima raggiungere Megalopolis e da lì proseguire il viaggio con il Galaxy Express 999, un treno spaziale avveniristico ma dal look rètro che viene guidato da una locomotiva a vapore. Masai (Tetsuro in originale), il figlio, è un ragazzo che desidera con tutto sé stesso un corpo meccanico che gli consenta di vivere duemila anni, e gli faccia guadagnare quella libertà che gli umani poveri della Terra non hanno. Sua madre viene però uccisa in una caccia organizzata dagli uomini meccanici che si divertono a catturare gli umani per poi ibernarli come trofei. Anche Masai rischia di rimanere assiderato ma viene salvato da una donna bellissima, Maisha (Maetel in originale), che assomiglia moltissimo alla sua defunta madre. Maisha gli offre quindi un biglietto gratuito per un viaggio sul Galaxy Espress 999 con destinazione Andromeda, il pianeta degli uomini meccanici, chiedendo in cambio solo la sua compagnia durante il viaggio.
