故事设定在一个从未出现过奥特曼与怪兽的地球上。某天，因意外一名外星人从宇宙坠落。失去过往记忆的外星人“奥美迦”化身为地球人模样，被人称为“宙人”。他对人类充满好奇，积极地接触这些陌生的生命体。当神秘巨型生物接连出现时，尘封的记忆碎片被唤醒，宙人脱口而出“怪兽”二字。面对怪兽的威胁，强烈的使命感驱使他变身成为奥美迦奥特曼，与怪兽作战。随着故事推进，来自外星的宙人与一位普通青年逐渐成为并肩作战的伙伴。
故事的序曲从国中一年级开始。长相乖巧可爱的少女吉冈双叶（内田真礼 配音）不擅长应付男生，总觉得男生很讨厌，唯独隔壁班的田中，在她眼中是一个特别的存在。然而，和田中的青涩恋情还没开始，就随着他的转校而凋谢。转眼间，双叶已经是高一学生。因为国中时曾经被班上的女生排挤，她决定伪装自己原本的样子。 在一个平常的课间，她意外遇见一个长得很像田中的男生，他的身高和声音都跟国中时相差很大，这个叫马渕洸（梶裕贵 配音）的男生究竟是不是当年那个腼腆秀气的田中？砰然心跳，稚嫩青涩的闪烁青春，已经拉开帷幕。
全国大赛完结以后，越前龙马（皆川纯子 配音）回到了美国，但因为一封从日本来的信让龙马速速回来。原来日本U—17高中生网球集训首次在初中生当中选拔。而在全国大赛表现十分优异的青春、冰帝、不动峰等学园的优秀选手都获得了这项集训的资格。赶上了末班车的龙马有了更加广阔的展示空间，从初中生跨越到高中生，龙马等一行人即将面临的是更强的选手，网球王子们再度归来，华丽更甚，招数也更加令人眼花缭乱……本剧改编自许斐刚的同名漫画，剧情紧随着前作的最终章，从全国大赛几个月后的故事开始说起。万众瞩目的王子们再度归来，带着新人物的出场，一场场扣人心弦的比赛即将开始。
木之幡米拉（高柳知叶 配音）曾经和一个男孩许下了“寻找小行星”的约定，随着时间的而流失，虽然米拉和这个男孩早已经没有了任何的联系，但这个约定却依然被铭记在米拉的心间。为了完成约定，升上高中的米拉加入了学校的天文社，哪知道为了节省社团经费，天文社竟然于今年同地质社合并，变成了地学社。个性老实，沉默寡言，甚至有些害羞的真中苍（山口爱 配音）、虽然身为学姐，但却异常柔弱的猪濑舞（指出球亚 配音）、常常因为过于认真的性格而被别人误以为在生气的樱井美景（东山奈央 配音）、性格大大咧咧，总是活在自己的世界里的森野真理（上坂堇 配音），对于天空的热爱将这些个性迥异的女孩联结到了一起。
