西暦2071年。突如出現した機械細胞群ワームにより、人類は総人口の三分の一を失った。同2074年、統合人類軍は地球規模での大量破壊兵器を使用、さらに大きな代償を払いながらワームを殲滅する。そして10年の時が過ぎた・・・。空を飛ぶことを夢見る元気娘、桜野音羽。IQ200の天才、園宮可憐。空軍の若きエース、一条瑛花。三人の少女が横須賀の地へと集められる。そこで三人が目にしたのは、いままでの戦闘概念を根底からくつがえす、まったく新しい設計思想で開発された新兵器、ソニックダイバーであった。今はパイロットを引退した冬后蒼哉の元、ソニックダイバーのパイロット候補としての訓練の日々が始まる。訓練の最中、ソニックダイバーが造られた目的が明らかになり、反発をする冬后、そして音羽たち。しかし、危機はそこまで迫っていた。復興しつつある人類をあざ笑うかのように、10年の時を経てワームが復活したのだ。桜野音羽、園宮可憐、一条瑛花。天翔ける乙女たち。・・・・・・その名もスカイガールズ! 人類の希望と未来を背負い、今、大空へと羽ばたく時が来た!