A film 9-es bolygónál lezajlott ütközet (azaz a második évad vége) után tíz évvel később veszi fel a fonalat. Az elmúlt évek békésen teltek Sidonia lakosai számára, azonban a gauna-k újból feltűntek s úgy tűnik ez lesz a végső összecsapás a két faj között. Mindezek mellett egy másik veszély is fenyegeti Sidonia létét, ugyanis Ochiai tovább folytatja kiméra kutatásait, hogy elérje célját.
Az ellenük folytatott harcban Nagate-ék új társakat kapnak köztük a tehetséges Toutarou-val, a kissé beképzelt Kairi-val, az érett gondolkodású Iroha-val és Hanma-val.

Érdekesség, hogy az előző évadokkal ellentétben a film nem vagy csak kis részben követi a széria alapjául szolgaló mangát. Természetesen a történetben eszközölt változtatásokat a mangaka is jóváhagyta.