Ludzkość w dalekiej przyszłości kolonizuje kosmiczne rejony galaktyki, jednak staje wobec tajemniczego zagrożenia ze strony enigmatycznej rasy znanej jako Gnosis. W centrum historii znajduje się Shion Uzuki — utalentowana młoda naukowiec pracująca nad stworzeniem zaawansowanego androida o imieniu KOS-MOS, która może być kluczem do ochrony ludzkości przed groźnym przeciwnikiem. Podróżując wraz z załogą gwiezdnego statku Elsa, Shion wikła się w międzyplanetarną intrygę i walkę z czasem, odkrywając przy tym skrywane tajemnice dotyczące swojej przeszłości oraz prawdziwe intencje wrogów. „Xenosaga The Animation” to science-fiction pełne akcji, filozoficznych refleksji oraz moralnych dylematów, gdzie przyjaźń ściera się z obowiązkiem, a technologia i emocje przeplatają się w dramatycznej walce o przyszłość ras ludzkiej i kosmicznych cywilizacji.
