Pada tahun 1939, setelah dunia hancur akibat invasi “Neuroi”—mesin perang alien asal usul yang tidak diketahui—manusia terus berjuang dalam pertempuran yang tidak seimbang. Tanpa senjata konvensional yang mampu menembus armor tebal alien, pasukan perlawanan tidak segan-segan menghabiskan segala upaya untuk mencari cara menyeimbangkan kekuatan.

Akhirnya, unit yang disebut “Striker Unit” dirancang—sebuah perangkat canggih yang memanfaatkan kekuatan magis alami gadis-gadis muda dan mengubahnya menjadi senjata mematikan. Para wanita yang kini berkumpul dari seluruh dunia untuk memperjuangkan kelangsungan hidup umat manusia dikenal sebagai “Witches,” dengan Skadron Tempur Gabungan ke-501—para “Strike Witches”—berada di garis depan konflik mematikan tersebut.