邪惡天才科學家地獄博士（石冢運升配音）曾駕駛機械獸軍團企圖征服世界，人類因此陷入滅亡危機，在兜甲兒（森久保祥太郎配音）駕駛魔神Z的奮力抵抗下，最終成功守護世界和平。十年后，兜甲兒不再擔任超級機器人駕駛員，轉而投身科學研究。某日他在富士山地底意外發現被掩埋的超古代遺跡——蘊含無限可能性的INFINITY無限魔神，以及自稱來自外星文明的神秘生命體莉莎（上坂堇配音）。與此同時，曾被擊敗的地獄博士突然復活，并組建新型機械獸部隊，妄圖通過操控INFINITY無限魔神的未知能量完成征服野心。面對再度襲來的全球危機，兜甲兒與科學署伙伴們重啟魔神Z系統，在莉莎提供關鍵情報的協助下，展開阻止地獄博士摧毀地球核心能源的最終決戰。