Pada tahun ke-71 Era Sejati, manusia telah berhasil berekspansi ke luar angkasa dan mulai tinggal di koloni galaksi yang independen. Dunia sendiri terbagi menjadi dua negara besar: Amerika Serikat Lingkar Atlantik (ARUS) dan Federasi Pakta Militer Dorssia (Dorssia) – negara adidaya yang berperang satu sama lain di Bumi dan jauh ke luar angkasa. Di era yang dilanda perang ini, faksi ketiga yang terdiri dari Jepang dan Kepulauan Republik Oseania (JIOR), hidup dengan damai dan makmur secara ekonomi, menjaga netralitas di antara mereka sendiri dan tetangga-tetangga mereka yang militan.

Kakumeiki Valvrave dimulai di koloni luar angkasa JIOR, di mana kehidupan damai Haruto Tokishima yang berusia 17 tahun berubah menjadi kacau ketika armada Dorssian tiba-tiba menerobos masuk ke dalam koloni yang netral. Tujuan mereka adalah untuk merebut Valvraves: senjata mekanis yang kuat, namun dikabarkan tersembunyi jauh di dalam sekolah Haruto, Akademi Sakimori. Dalam kekacauan yang terjadi, Haruto menemukan salah satu Valvraves yang diincar. Dengan nyawa teman-temannya dalam bahaya, Haruto memasuki mecha tersebut dan menandatangani kontrak untuk mendapatkan kekuatannya sebagai imbalan atas kemanusiaannya. Dengan bantuan L-elf-seorang agen Dorssian yang penuh teka-teki dan ahli strategi yang berbakat-Haruto dan Valvrave memulai revolusi untuk membebaskan dunia.