Baseado no primeiro game da trilogia Xenosaga, 4000 anos se passaram desde que a humanidade abandonou a Terra. Para combater uma forma alienígena, conhecida como Gnosis, os humanos criam KOS-MOS - uma androide de batalha com incríveis habilidades. Quando a nave que carrega a androide é atacada, KOS-MOS é ativada e salva seu criador, Shion Usuki. Mas KOS-MOS não atende os comandos dela e executa planos desconhecidos. Shion e seus companheiros se encontram no meio de uma batalha contra os Gnosis, a Organização U-TIC e seus próprios superiores.