ブラックホールのせいで滅亡の瀬戸際にある惑星ゼラズから、その住人たちが大ダリウスと4人の将軍を率いて侵略を仕掛け、地球が深刻な危機に陥る。これらの異星人の勢力は世界中で混乱を引き起こす。ESP戦士が侵略者によって殺害された後、ハイテック教授は巨大なスペースドラゴン(ダイクマリュー)と巨大ロボットガイキングを創造する。元野球選手のSanshiro Tsuwabukiがガイキングを操縦し、Peteがスペースドラゴンを指揮する。スペースドラゴンは変形可能な竜型戦艦であり、その頭部はガイキングの胴体で形成されている。戦闘では、スペースドラゴンは分離してガイキングの他の部品を展開し、その後、無敵の形態へと再結合する。
物語は、半変形可能な母艦ダイクマリューとスーパーメカガイキングに搭乗する乗組員が、死滅しつつある惑星ゼラズからの異星人勢力と戦う様を追う。ガイキングは元野球選手のSanshiro Tsuwabuki(英語版ではAries Astonopolisと呼ばれる)によって操縦され、母艦は「グレートスペースドラゴン」として知られている。特筆すべきは、ガイキングが日本以外の現実の場所を舞台にしたスーパーロボットシリーズの少数派の一つであり、メインロボット用の移動母艦を初めて採用したシリーズであることだ。