第一期
电视动画《偶像大师灰姑娘女孩》第一季是描述 14 位被选拔加入“灰姑娘企划”(Cinderella Project)的少女成为 346 事务所的偶像候补生，经历波折、困难以及磨炼，最后成功出道，踏上舞台成为偶像的故事。
女主角岛村卯月是一位高中女生，梦想成为偶像的她在课余时努力地学习跳舞，锻炼才能等待机会的来临。虽然在346事务所设立的“灰姑娘企划”招募时落选了，其笑容给制作人留下了良好的印象，因此当“灰姑娘企划”出现三个空缺时，制作人首选了岛村卯月。另外两个空缺分别由涩谷凛和本田未央补上，“灰姑娘企划”其他成员也完成集结，正式启动。
岛村卯月、涩谷凛、本田未央三人比其他成员晚加入“灰姑娘企划”中，可是不久便得到前辈偶像给予的一个演出机会，便是当城崎美嘉的伴舞。卯月、凛、未央这三位新人便开始接受舞蹈特训。作为伴舞的演出表现，很快地卯月、凛、未央三人得到正式出道的机会，结成偶像组合推出唱片。同时间，“灰姑娘企划”中的新田美波、安娜斯塔西娅也合组出道。不过这个安排让其他偶像感到焦急，都纷纷希望自己也能及早出道。其中前川未来的行为最为激进，甚至把346事务所的346咖啡室占领了来作抗议。最后让制作人来解释后事件才得以平息。
虽然努力练习唱歌和舞步，让首次正式演出十分成功。可是由于在当城崎美嘉伴舞所看到的声势和场面，和自己演出时的观众人数相比，本田未央得到了很大的打击，甚至曾一度想放弃继续做偶像。
“灰姑娘企划”的其他成员亦陆续获得出道的机会。接着是神崎兰子以个人单独出道，是“灰姑娘企划”中唯一个人出道的。不善于与人沟通的她经过一番转折，透过绘画才能让制作人明白她的心意，并打造出让她十分满意的坠天使造型。三村加奈子、绪方智绘里、双叶杏结成偶像组合出道，还得到唱片签名会和出席电视游戏节的机会。诸星煌梨、赤城米莉亚、城崎莉嘉结成偶像组合出道，获得商品宣传代言的街头演出机会。余下的二人，前川未来、多田李衣菜也结成偶像组合出道，虽然二人的性格大不相同，很难合得来，最后也能化解矛盾。
在346事务所的盛事“Summer Fest”演唱会举行在即之际，各成员也加紧排练。除了要练好自己的歌曲之外，也要兼顾“灰姑娘企划”14位成员的合唱歌曲的排练。由于制作人有要事委托了新田美波负责安排排练和监督，让新田美波承受很大压力和身心疲倦，终在“Summer Fest”演出当日病倒下来。尽管新田美波不能演出自己的歌曲，也支撑著坚持要在合唱的歌曲中和大家一起出场。新田美波的拼劲和精神以及她的领导能力得到各成员的肯定，认同了她的成为“灰姑娘企划”的队长。“Summer Fest”也在各成员的精彩演出下圆满落幕。
第二期
“Summer Fest”之后，“灰姑娘企划”继续顺利地推进。但此时346Pro公司所属公司董事长的孙女美城常务从美国子公司调回日本，担当为偶像项目主管。上任后立即终止了全公司的偶像项目，改变偶像培养方针为以艺术技能为主导。这对本身以各种娱乐性质为主导的各偶像项目和整个日本公司带来极大的震撼。主角群制作人据理力争，希望保持自己以发挥偶像自身特长的路线，最终美城常务不提供任何支援下允许“灰姑娘企划”的运营，并以年期末的演唱会作为是否继续维持项目的考核。也以此作为对其他反对其方针的人的下马威和考验。
之后美城常务从整个公司偶像资源中抽选适合其方针实施的偶像来推行新路线的工作，但大部分偶像不满其方针和培养理念，拒绝其安排的工作，甚至如木村夏树、安部菜菜等偶像选择调入到“灰姑娘企划”中继续工作。
美城常务最终在新组建的项目“Project Krone”中，试图从主角群的“灰姑娘企划”中调走涩谷凛和安娜斯塔西娅到其计划中。安娜斯塔西娅所属组合“LOVE LAICA”的同伴新田美波愿意让安娜加入到新项目，并且表示自己能独立应付，很快就转入到新项目中;但涩谷凛由于新组合有自己的同校同学，希望协助同学作为新人能顺利出道，但又担心影响到其自身原有的“new generations”，本田未央意外听到这个消息，经过考虑决定自行独立出道，最后和涩谷凛、岛村卯月三人相互交流后，仍为这样三人分开出道会更好。最终，“LOVE LAICA”和“new generations”由于人员变动而冻结，“Rosenburg Engel”和“*”增加新成员，卯月和小日向美穗另组新组合，“灰姑娘企划”以如此阵容和作为对抗项目的“Project Krone”一同进入秋季演唱会，接受去留的考验。
在秋季演唱会中，“灰姑娘企划”和“Project Krone”都取得了非常圆满的成果，而且“Project Krone”的鹭泽文香在上场前不适，灰姑娘制作人及时指挥“灰姑娘企划”上场维持气氛，之后在岛村卯月和本田未央的鼓励下，涩谷凛所在的“Traid Primus”也顺利登场演出。秋季演唱会最终顺利落幕。
秋季演唱会后，“灰姑娘企划”成员的知名度大增，但只是不断鼓励别人的岛村卯月反而察觉到自己毫无进展而感到不安，要求回到训练所练习。制作人允许她的要求并让其他组员调整工作岗位，众人期待着卯月的归来，而凛和未央给卯月的鼓励让卯月最终召回勇气，而从自己的角色曲找回了自己的笑容。在年期末演唱会，得到全公司偶像支持的灰姑娘演唱会大获成功，在幕后制作人也向美城常务阐述了每个不同风格的偶像都能找到让粉丝欣赏的亮点，让美城常务彻底折服并认同了制作人的想法。“灰姑娘企划”最终得到保留并继续发展。
成濑顺小时候因为不经意间说出某些话，被父亲指责导致家庭分裂，因此感到自责，不久后她遇见了突然出现的“蛋之妖精”，妖精告诉她如果再任意说话，她的人生会变得一团乱。因此施加了一说话就会肚子痛的诅咒，让她再也没有办法说话。
此后，她与其他人的沟通只是通过手机邮件进行。升上高中二年级后，顺在某天被班导任命为“地域沟通交流会”的实行委员，班导希望在交流会上表演音乐剧……
故事发生在遥远的未来。由于人类过度开采地球资源，地球变得荒芜而不再适合人类居住。人类在寻找新能源时发现了“熔岩燃料”，但“熔岩燃料”的开采会吸引来半机械生命体“叫龙”(叫竜(きょりゅう))的攻击。为对抗叫龙，幸存的人类发明了人形战斗机甲“FranXX”，并将男孩和女孩训练成“操纵者”(パラサイト，Parasite)，配成一对共同驾驶 FRANXX 与叫龙作战。其中一名男孩广在过去被视为神童。但他在一次失败后变得无法驾驶 FRANXX，这让他失去生存的欲望，直到他遇见一位名叫“02”的女性操纵者。故事由此展开。
登场机体
第13都市部队
鹤望兰(ストレリチア，Strelizia)
广与02的FRANXX机体。头部有着尖角、以白色为主的机体。02单独驾驶的情况下会进入Stampede Mode的四足野兽型态。配有名为“Queen Pike”的巨型长矛。
鹤望兰·天燕(ストレリチア・アパス，Strelizia Apus)
鹤望兰的巨大FRANXX机体。
鹤望兰·真·天燕(ストレリチア・真・アパス，Strelizia True Apus)
鹤望兰变身02新娘的巨大FRANXX机体。
翠雀(デルフィニウム，Delphinium)
莓与五郎的FRANXX机体。持有两把剑型武器“Envy Shop”。
青葙(アルジェンティア，Argentea)
未来与揃目(纯位数)的FRANXX机体。配备爪型武器“Night Claw”，擅长以高速进行接近战。
金雀(ジェニスタ，Genista)
开始时由心与太操纵的FRANXX机体，后改由心与满驾驶。有着看似大衣的重装甲，配有名为“Rook Sparrow”的附刺刀重型火炮。心曾在单独驾驶的情况下进入过Stampede Mode的四足野兽型态，但只持续数秒就被满制止。
吊兰(クロロフィッツ，Chlorophytum)
开始时由生野(郁乃)与满操作的FRANXX机体，后改由生野与太驾驶。手臂上一对名为“Wing Spang”的部件足以令它飞行一段时间，内藏的高速机炮使它擅长打游击战和进行支援。
第13都市部队以外的机体
第26部队量产机(第26部隊量産機)
26部队的FRANXX机体。机身以黑色为基础，眼睛部位为护目镜式，和13部队的机体不同，无法呈现出表情。不过机体性能相当，以采取联合攻击为主。
九式(九式(きゅうしき))
9's部队的专用的白色FRANXX机体。与其他FRANXX机体不同，是由雄雌蕊都可以担任机体和负责操作。
用语
APE
由来源、身份不明的科学家组成，统治人类的机构。
黄血球(黄血球)
人造血球，身为驾驶者的孩子们的血液中特有的成分，是与FRANXX进行同调时必需的化学物质。
EXLIXIR注射(エリキシル注射)
对于体质较弱的孩子们进行的药剂注射。使其身为Parasite的适应性大幅提升，但有着只有15%生还率的副作用。
大人/小孩(オトナ/コドモ)
在这个世界上已经进化的人类，“孩子”们都被以编号(Code Number)称呼。
叫龙(叫竜(きょりゅう))
袭击人类的巨大生物们的总称。以体型大小分为最小型的康拉德级(Conrad)、约有FRANXX两倍大小的莫霍罗维奇级(Mohorovičić)，一般简称莫霍级(Moho)，和有着超大体型的古腾堡(Gutenberg)级，以及有古腾堡级数倍大小，力量足以掀翻生态堡的超雷曼级。就算是同级也有不同的姿态与能力。血液为蓝色，有着会向熔岩燃料产生的能量反应处聚集的特性，必须破坏体内的核心才能将其消灭。在FRANXX被开发出来之前，击破叫龙需要动用数枚核弹才行。
实际上是叫龙人所制造、用来对抗VIRM的生物兵器。
Stampede Mode(スタンピード・モード)
指FRANXX脱离操纵者的控制，变形、暴走状态的情况。
第13生态堡“樱”(第13プランテーション「セラスス」，Plantation Cerasus)
主人公们所属的第13部队被分配到的生态堡(Plantation)。由于02正式配属至此处，所以被列入特别观察的对象之中。
于第15话大裂口攻略战中，在山脉型叫龙的强袭、西瓜虫型叫龙们的入侵、巨臂型叫龙的镇压下，陷入半毁坏的地步。
第26生态堡“菊”(第26プランテーション「クリサンセマム」，Plantation Coleostephus)
与“樱”连接的生态堡。第15话大裂口攻略战中被突然从正下方蹦出了山脉型叫龙击沉。
寄生植物(パラサイト，Parasite)
FRANXX的搭乘、操纵者们的总称。年纪都在十几岁左右，只会给予战斗所需的情报与资料，除此之外的事项皆为封锁状态，操纵者会给予编号互相称呼，在作息时间与活动空间都有着严格的管制。只有13都市部队成员是因为广的提议与命名才有了各自的名字。
雌蕊/雄蕊(ピスティル/ステイメン，Pistil/Stamen)
FRANXX的女性操纵者被称为雌蕊(Pistil)，男性被称为雄蕊(Stamen)。
FRANXX(フランクス)
人类为了对抗叫龙所制作的机器人兵器。
其运动性能与可施展的动作完全依照雌蕊的身体状态而定，在受创时对雌蕊会产生幻痛，受创严重的话会导致雌蕊昏厥使机体性能停止。必须要在雄蕊与雌蕊互相信赖的情况下才能发挥出机体真正的性能。
已知在搭乘的情况下会造成驾驶员的老化，如未来在大裂缝作战后就有头发发根开始变白的情况发生，若是一次大量使用机体的能量，就会像生野(郁乃)那样瞬间白头。
试作型的FRANXX为单人驾驶模式，由于当时大人的驾驶员已失去生殖能力而无法满足启动机体的需求，才需要投入具有黄血球、拥有生殖能力的孩子们驾驶，并改成现在的双人驾驶模式。
正极性脉冲/负极性脉冲(ポジティブパルス/ネガティブパルス，Positive Pulse/Negative Pulse)
搭乘FRANXX时，两名操纵者之间必须同调，为此称之为两人(操纵者)所发出的信号。
米斯特尔汀(ミストルティン，Misteltein)
通称“鸟笼”。种植园(Plantation)内“孩子”们所生活的区域。
魔物与王子殿下(まものと王子様)
02在年幼时所获得的绘本，而她亦在此学懂“Darling”一词。
绘本内容讲述身为魔物的公主希望与人类王子结婚，公主之后找到魔女并求她将自己变为人类，但时限一到公主便会打回原型，必须杀掉王子才能维持人类外表，最终公主不忍而毅然离去。
叫龙人(叫竜人(きょりゅうじん))
于本作故事开始前的6000万年前的太古时代，与来自宇宙的侵略者VIRM交战、和现在的人类有着完全不同的文明的古代种族。
VIRM(VIRM(ビルム))
来自宇宙的侵略者，被叫龙公主称为“真正的敌人”而一直警戒着。
要求宇宙中其他生命体舍弃肉体并与他们加以同化的侵略者，不从者就会对其展开全面战争。对于人类意见保持中立的态度