„Shinkansen Henkei Robo Shinkalion Z the Animation” to anime, które opowiada o tajemniczych olbrzymich potworach zagrażających pokojowi i bezpieczeństwu Japonii. Aby przeciwdziałać tej groźbie, Instytut Shinkansen Ultra Evolution opracowuje specjalne transformowalne roboty – Shinkalions. Przygotowując się do ataku nowych wrogów, instytut rozwija nowy typ robota zwanego „Shinkalion Z” oraz nowe ulepszone pojazdy zwane „Zailiners”, które transformują się z tradycyjnych pociągów, by wzmacniać „Shinkalion Z”. W walce z olbrzymimi potworami, które ponownie się pojawiły, pomagają im dzieci o wysokim stopniu zgodności, które stają się pilotami „Shinkalion Z”.