서기 2313년, UN군과 솔레스탈 빙의 대규모 전투 「폴른 엔젤스」의 종결로부터 4년의 세월이 지났다. 지구에는 UN을 모체로 한 지구 연방 정부가 설립됐고, 연방정부가 주체로 삼은 새로운 지배체제가 구축되고 있었다. 그런 상황에서 연방군은 더 많은 국가들의 연합과 인류의 의사 통일을 주장하며, 연방군과 별개의 독립 치안 유지 부대 「어로우즈」를 설립했다. 하지만 어로우즈는 치안 유지라는 명목으로 반정부 세력과 주의, 주장이 다른 그룹을 무력으로 탄압했다. 한편, 「폴른 엘젤스」에 의해 괴멸적인 피해를 입었던 솔레스탈 빙은 비밀리에 활동을 재개했다. 단독으로 세계의 움직임을 지켜보고 있던 세츠나도 어로우즈의 방식에 분노해서 조직에 복귀. 새로운 거점 프톨레마이오스2와 트윈 트라이브 시스템을 지닌 새로운 건담 「더블오 건담」을 구사해서 어로우즈 타도를 위해 움직인다. 「기동전사 건담 00 퍼스트 시즌」으로부터 4년이 지난 세계를 그림 속편. 활동을 재개한 솔레스탈 빙과 무력으로 인류의 의지를 통합하려는 어로우즈, 연방군 정부와의 대립이 계속되는 속에서, 뒤에서 전란을 조종하는 「이노베이터」의 진상이 서서히 밝혀져간다. 스피디하면서도 앞일을 예측할 수 없는 스릴 넘치는 전개가 계속되는 것이 이번 시즌의 가장 큰 특징이며, 전투 신도 약동감 넘치는 묘사가 대폭 증가했다. 또한 새로운 멤버를 맞이한 프톨레마이오스2의 멤버들과 4년 전에는 연인 사이었지만 지금은 적대관계가 된 사지와 루이스, 타도 건담을 목표로 삼는 가면의 사나이 등, 퍼스트 시즌과 마찬가지로 꼼꼼한 캐릭터 묘사 덕분에 작품의 밀도가 더욱 짙어졌다.