Sinopse: No ano de 2167, uma onda de radiação liberada pela supernova da estrela próxima Hydrus Beta causou danos cataclísmicos na Terra, deixando milhões de mortos. Agora, é o ano de 2356. Unidos para reconstruir a Terra, a humanidade se prepara para a segunda onda de destruição da supernova. A fim de proteger o planeta de danos futuros, colônias espaciais maciças chamadas "Fundações" foram construídas em todo o Sistema Solar. Atuando como centros de conhecimento e exploração, é em uma dessas fundações - a Stellvia - que Shima Katase se candidata para ser uma estudante preparatória contra a vontade de sua mãe, aspirando a ver o espaço diretamente com seus próprios olhos. No Stellvia, Katase treina para se tornar um piloto e espera ser selecionado para a "Grande Missão" para proteger a Terra da segunda onda. Enquanto ela luta com suas aulas de piloto e sua vida social tumultuada, ela lentamente se transforma em alguém que pode ser capaz de proteger a humanidade.