Selama beberapa abad manusia telah membuat space colony, sebuah konstruksi bangunan berbentuk kincir raksasa di luar bumi yang dijadikan tempat tinggal ratusan juta jiwa penduduk. Colony ini terbgi dalam beberapa kelompok di 5 point Lagrange, nama daerah yang stabil ditempati dalam orbit bumi. Selama beberapa dekade bumi selalu dilanda perang dan perselisihan antar penduduk sehingga kedamaian dan ketenangan space colony menjadikan sebuah alternatif tempat tinggal lain dalam suasana perang yang menjemukan ini. Saat perang selesai, sebuah pemerintahan dunia baru yang menamakan dirinya "United Earth Sphere Alliance", atau singkatnya World Federation, dibentuk dan bertujuan membawa kedamaian lewat kekuatan tentara. Dengan mengatasnamakan keadilan dan kedamaian, perkumpulan ini memegang kontrol semua colony. Untuk mewujudkan hal ini maka OZ yang merupakan bagian dari World Federation, mengembangkan persenjataan mereka dengan membuat berbagai macam Mobile Suit.
Untuk melobi persatuan bangsa-bangsa di bumi demi hak otonomi, space colony memilih seorang pria bernama Heero Yuy sebagai juru bicara sekaligus sebagai pemimpin mereka. Karisma yang dimiliki Yuy telah mempersatukan semua colony dan federasi (pemerintah bumi), pesan-pesannya yang demilitarization pluz anti kekerasan juga dapat diterima masyarakat. Tapi saat Yuy dibunuh pada tahun After Colony 175, harapan masyarakat colony hancur, dan semua colony menjadi kacau. Federasipun berusaha untuk memperluas wilayah pemerintahannya ke angkasa. Untuk mencegah hal ini, pada tahun After Colony 195 sebuah sindikat rahasia colony mengirim 5 gundam yang dibuat 5 ilmuwan (Dr.J, Prof.G, Doktor S, Guru Prof.H, dan Kyoushi O) dari colony yang berbeda ke bumi untuk menghancurkan OZ dan fasilitas federasi, inilah yang disebut "Operation Meteor" yang menjadi kisah awal dari Gundam Wing. Begitu rahasianya operasi ini sampai-sampai masyarakat colony sendiri tidak tahu mengenai Operation Meteor ini, bahkan para pilot Gundam tersebut tidak saling mengenal satu sama lain.
Cerita dimulai saat Heero Yuy membawa Wing Gundam ke bumi dan pertemuan Heero dengan Zechs Marquise yang memakai MS (Mobiile Suit) Leo membawa mereka ke sebuah pertempuran dimana World Federation kemudian menyadari akan adanya sebuah operasi rahasia yang dilakukan oleh orang colony. Heero yang terdampar di pantai setelah Wing Gundam miliknya tenggelam di laut, bertemu dengan Relena Darlian untuk pertama kalinya. Heero menyusup sebagai mata-mata dengan berkedok sebagai siswa St.Gabrielle. Disanalah ia bertemu lagi dengan Relena, Heero bermaksud untuk membunuh Relena karena sudah banyak mengetahui rahasia Heero. Saat Heero ingin membunuh Relena di hari ulang tahun gadis tersebut, ia bertemu dengan Duo Maxwell yang menembak lengannya. Tapi saat duo melihat Heero yang berusaha menenggelamkan kembali Wing Gundam yang berhasil dibawa oleh Deathsycthe milik Duo ke laut, Duo menyadari bahwa Heero adalah pilot dari Gundam yang ditemukannya di dasar laut. Ia pun memutuskan bergabung dengan Heero memberantas OZ. Dari sinilah hubungan yang unik terjalin, di mana Duo terkenal sangat cerewet dan ceria sedangkan Heero sangat dingin dan pendiam....tentunya banyak kejadian dan suasana yang menarik di antara mereka. Belum lagi mereka berdua kemudian menjadi idola cewe'-cewe' St.Gabrielle.
Di tempat lain, Trowa Barton dengan Gundam Heavy Arms-nya berjuang sendiri menghancurkan pangkalan milik OZ di bawah berondongan senapan MS Leo milik OZ. Begitu jga di pangkalan OZ lainnya, ada Quatre Raberba Winner dengan Gundam Sandrock-nya yang diikuti oleh pasukan MS Maganac-nya, plus Chang Wu Fei dengan Gundam Shen Long yang menghancurkan armada laut OZ. Nantinya, Trowa berjumpa dengan Quatre di suatu pertempuran di salah satu pangkalan OZ dan menjalin persahabatan. Sifat Quatre sangatlah bersahabat dan lembut sehingga untuk selanjutnya dialah yang lebih berperan untuk menyatukan para pilo Gundam.
Munculnya Lucrezia Noin di pangkalan Victoria mengawali awal pertempurannya dengan Wu Fei, pada saat kekalahan berada di pihak Noin si cewe' cool itu. Akhirnya dia memutuskan untuk terus berada di samping Zechs dan membantunya ditambah lagi dia merasa terhina karena Wu Fei sangat benci begitu tahu lawannya adalah seorang wanita. Darlian, ayah Relena yang sedang rapat terbunuh karena bom yang sengaja dipasang oleh Lady Une, tangan kanan Treize Khushrenada salah seorang panglima OZ yang kejam. Di saat yang sama, Relena juga mengetahui identitas aslinya di mana ia sebenarnya adalah putri Raja Peacecraft dari Sank Kingdom, sebuah kerajaan yang telah lama berkuasa untuk menjaga perdamaian di bumi namun telah dihancurkan oleh OZ. Relena juga bertemu dengan Dr.J yang memberitahunya siapa sebenarnya Heero. Sejak saat itu Relena menjadi sosok gadis yang tegar dan selalu menantikan kedatangan Heero, sedangkan Heero yang tadinya bermaksud untuk membunuh Relena malah berbalik melindungi Relena. Itupun semuanya adalah sebuah tindakan yang tanpa disengaja dan tergerak dari hati kecil Heero yang paling dalam, nampaknya hanya Relena yang mampu membangkitkan kembali sifat lembut dan baik hatinya Heero, yang merupakan sifat aslinya yang sebelum menjadi seorang agen rahasia.
Kisah terus berlanjut dengan kemunculan sekelompok pemberontak di bawah pimpinan Sally Poe yang menentang OZ. Di saat mereka terdesak oleh MS OZ, Wu Fei muncul dengan Gundam Shen Long-nya dan bertemu dengan Sally untuk pertama kalinya. Berkat Sally-lah, Wu Fei akhirnya tahu arti sebenarnya dari semangat orang-orang yang berperang. Karena selama ini dia hanya mencari lawan yang lebih kuat dari dia tanpa memperdulikan keadaan orang lain. Petualangan ke-4 pilot Gundam (tanpa Wu Fei) bersambung terus dengan kehancuran Wing Gundam yang diledakkan sendiri oleh Heero atas perintah Dr.J. agar gundamnya tidak jatuh ke tangan OZ. Hal tersebut terjadi saat mereka ber-4 terjebak dalam situasi yang diciptakan Lady Une dengan mengancam akan menghancurkan colony dengan missile yang sudah disiapkan jika mereka tidak menyerah. Zechs yang pertama kali menggunakan MS Tallgeese-nya menentang perbuatan Lady Une dan membiarkan Trowa pergi sambil membawa Heero yang sekarat. Duo bersama Quatre pergi bersembunyi ke tempat rahasia Quatre di gurun pasir. Zechs yang tertarik dengan kemampuan Wing Gundam, mengumpulkan bagian-bagian Wing Gundam yang rusak dan membuatnya lagi. Meski sebelumnya ada campur tangan dari pihak Romferra (kerajaan yang dibuat OZ) yang menginginkan WIng Gundam hancur, Zechs berhasil mengelabui mereka. Dengan bantuan Noin, akhirnya Zechs dipertemukan kembali dengan Heero yang sudah kembali sehat dan Trowa di kutub utara Siberia. Di sana, Zechs dan Heero bertempur untuk yang kedua kalinya. Saat itu Relena datang berusha melerai, dan dari Noin dia tahu bahwa Zechs tiada lain adalah Miliard Peacecraft, kakak kandungnya sendiri. Saat pasukan Romferra datang menyerang karena sudah mencium gelagat Zechs, maka Zechs menghadapinya sendiri agar Heero, Trowa, Noin, Relena dan pasukan yang lainnya dapat melarikan diri.
Quatre dan Duo kewalahan menghadapi pasukan MS OZ. Di sinilah Quatre harus menghancurkan Gundam Sandrock-nya. Ia sendiri bisa lolos dengan shuttle, tapi langsung pingsan dan melayang-layang di angkasa. Duo yang berhasil melarikan diri ditangkap oleh OZ dan dipaksa untuk melihat Gundam Deathsycthe-nya hancur di depan matanya. Saat itu pula OZ menghasut dan menjadikan para pilot Gundam sebagai penjahat yang berbahaya di muka umum baik di bumi maupun di colony. Hal ini menyebabkan para pilot gundam bertanya-tanya sebenarnya untuk siapa mereka selama ini bertempur, mereka semua terguncang hatinya karena masyarakat colony yang mereka bela selama ini kini malah memusuhi mereka. Para pilot Gundam ini tidak tahu siapa lawan dan kawan mereka.
Setelah para pilot Gundam kehilangan jati dirinya masing-masing. Trowa masuk menjadi perwira OZ kepercayaan Lady Une. Ia juga berhasil menangkap Heero, Duo, dan Wu Fei yang datang menyerang. Saat itu Dr.J. dan kawan-kawannya yang berhasil ditangkap Lady Une, sukses membuat 2 robot MS baru yang disebut Mercurius dan Vayeate. Dengan kepintaran otaknya, Trowa berhasil meyakinkan Lady Une agar ia dan Heero yang mengendalikan ke-2 robot MS tersebut. di luar colony, mereka bersua kembali dengan Quatre yang berhasil selamat serta baru saja menyaksikan kematian ayah beserta kakaknya akibat ulah OZ. Quatre yang mengendalikan Wing Gundam Zero menghancurkan satu koloni Karena ingatannya yang sudah tidak beres lagi, di hadapan Heero dan Trowa. Trowa berusaha menyadarkan Quatre dan merelakan dirinya hancur terkena tembakan Quatre demi menyelamatkan Heero. Vayeate hancur tapi Trowa berhasil selamat, namun ingatannya hilang sejak saat itu.
Di lain pihak, Treize memutuskan untuk keluar dari Romferra dan membentuk kelompok sendiri, sebab ia mengetahui Romferra di bawah pimpinan Duke Demail mengoperasikan Mobile Suit Doll yang bertujuan untuk menghancurkan tanpa melihat sisi kemanusiaan lagi. Dilain pihak, Zechs yang juga keluar dari OZ juga membentuk White Fang beserta para pendukungnya. Di saat lain Heero bergabung dengan OZ bertempur dengan Romferra dan Quatre mengambil kembali Gundam Sandrock yang baru di Arab. Duo dan Wu Fei dikeluarkan Lady Une, dan segera mengambil Altron Gundam dan Gundam Deathsycthe Hell. Tapi Lady Une ditembak Tubarov.
Peperangan kemudian berlanjut antara Sank Kingdom di bawah pimpinan Relena, Romferra, dan OZ. Sank Kingdom lebih banyak berjuang untuk memelihara kedamaian tanpa adanya kontak senjata. setelah OZ menundukkan Romferra, White Fang yang berpusat di luar bumi menyatakan perang dengan bumi yang merupakan pusat OZ. Dorothy Catalonia muncul sebagai pendamping Relena yang kemudian mnjadi pendamping Miliard. Untuk melahirkan kembali perdamaian maka pada pilot Gundam bersatu dan membentuk kembali kelompok yang bernama Peacemilion. Peacemilion bertempur dengan OZ maupun White Fang, pertempuran terakhir terjadi antara Heero Yuy yang mengendalikan Wing Gundam Zero dengan Miliard yang mengendalikan Gundam Epyon. Bagaimana ending kisah ini? kalian bisa menyaksikan sendiri, namun ending dari seri ini dapat dikatakan happy ending.
