Dos arqueólogos japoneses, el doctor Hell y el doctor Kabuto, descubren en Rodas restos de una antigua civilización que parecía capaz de construir robots gigantes. El doctor Hell (o doctor Infierno) piensa que si consigue construir robots gigantes y destructivos podría gobernar el mundo. Sin embargo, su amigo, el doctor Kabuto, no quiere ser partícipe de estos planes y acaba enemistándose con su compañero.
El doctor Infierno ordena que asesinen a Kabuto, pero antes de morir, llegó a enseñarle a su nieto, Koji Kabuto, el robot que en secreto había construido como arma de defensa ante la ofensiva de su antiguo compañero. La fuerza del robot, conocido como Mazinger Z, es que fue construido con la aleación Z, un nuevo elemento metálico muy resistente llamado japonium y la energía fotoatómica, haciendo así al robot casi indestructible.
Al morir Kabuto, su nieto Koji no tiene más remedio que aprender a pilotar a Mazinger lo consigue gracias a la colaboración del ayudante de su abuelo, el doctor Yomi. Este ayudante, director del Instituto de Investigaciones Fotónicas, había construido también un robot al que llamó Afrodita A, pilotado por su hija Sayaka.
Desde entonces, Mazinger Z y Afrodita A luchan contra los malvados robots de Doctor Infierno, impidiendo el control absoluto de éste sobre la humanidad.