Dans un futur proche, une scientifique japonaise a élaboré un exosquelette de combat appelé « Infinite Stratos » (IS). Possédant une technologie et des capacités de combat beaucoup plus avancées que tout autre système d'arme, l’IS menace de déstabiliser le monde. Face à une arme aussi irrésistible, les nations du monde adoptent le « traité de l'Alaska », qui stipule que l’IS ne sera jamais utilisée pour le combat militaire et que la technologie existante IS doit être également répartie entre toutes les nations, pour éviter qu’une nation puisse dominer les autres. L'introduction de l'IS a cependant un effet majeur sur la société. Comme l’IS ne peut être exploitée que par des femmes, l'équilibre du pouvoir entre hommes et femmes est brisé, les femmes venant à dominer la société.

Dix ans après que le premier IS eut été introduit, le monde est entré dans une nouvelle ère de paix. La paix est fragilisée, cependant, par une découverte inattendue. Un garçon japonais de 15 ans, nommé Ichika Orimura, se révèle être capable de faire fonctionner un IS. Réalisant son potentiel, Ichika est forcé par le gouvernement japonais d’entrer à la prestigieuse Académie Infinite Stratos, une académie internationale où sont formés les pilotes du monde entier. Ainsi commence sa vie scolaire entouré de filles.