民間人のパイロット、一条輝は先輩･フォッカーに会うために進宙式にやってきた。その時、マクロスに仕掛けられたブービートラップが作動。ゼントラーディ軍は、10年前に撃墜した艦であることを知り、攻撃を掛けてきたのだ。輝は戦闘中、バルキリーVT102を操縦することになったが撃墜され、バトロイド型に変形して街になんとか不時着するが……。
不時着に成功した輝は、街でリン･ミンメイという少女に出逢う。避難中に攻撃を受けたミンメイを救うため、ポッドに攻撃を仕掛ける輝。その中から、バルキリーと同じくらい巨大な異星人が現れた。輝は、あまりに人間に似た異星人を殺したことに戦慄し、またこのバトロイドが彼等と闘うことを前提に作られていることを知るのだった。
宇宙に向けて発進したマクロスは、敵の攻撃の目をそらすために地表すれすれでフォールド（空間転移）を行い、月の裏側へ行く計画を立てた。しかし、フォールドした場所は、冥王星であった。マクロスから抜け出した輝とミンメイは無事帰還するが、たどり着いたのは閉鎖された無人ブロックだったのだ。
隔離された無人ブロックに帰還した二人は、出口を探しすが結局見つからなかった。12日もの月日が流れ、絶望する二人。一緒に死のうというミンメイに輝の心は揺れるが、その時に不発弾の貫通により壁に穴が開き、二人は助け出された。一緒に死にたいと言ったときとは全く違う、明るいミンメイの姿を見た輝は驚き、また落胆するのであった。
自分の飛行機も壊れてしまい、自分が何をすればよいか分からなくなった輝。反対に、ミンメイは中華料理店を再開するために活発に働き始める。そんなとき、ゼントラーディ軍が攻撃を仕掛けてきた。主砲を打つには、トランスフォーメーションしなければならなかったマクロスは、街に再び甚大な被害をもたらす。その時、輝はミンメイを守るためにも軍隊に入ることを誓うのだった。
様々な訓練を積んだ輝は、いよいよ実戦に向かうことになった。つかの間のミンメイとのデートの中で、輝はもう二度と戻ってこれないかも知れないことを感じる。その頃、主砲発射システムとフォールド装置があった部分の余剰エネルギーにヒントを得て、部分的なバリア（ピンポイント･バリア）を完成させた。敵の攻撃に耐えるマクロス本体だったが、肝心の主砲が撃てない。早瀬未沙は、ピンポイントバリアを使った新しい攻撃方法を実行した。
地球への帰還途中だったマクロスは、攻撃によってその進路を大幅にずらされてしまった。そして、ゼントラーディ軍のカムジンは廃棄された火星基地からニセのメッセージをマクロスに送り、火星にマクロスをおびき寄せる作戦を立てた。補給にも好都合だったため、火星に降り立つマクロス。未沙は、火星に向かったかつての恋人･ガイバーの影を求めて火星基地をさまようのだった。
火星での早瀬中尉救出の手柄によって、輝は少佐に昇進。また、柿崎とマックスという、対照的な性格の二人を部下に持つことになった。ミンメイのバースディ･パーティの中、プレゼントを忘れた輝。そのパーティの最中に出撃命令が下る。マックスは初陣にもかかわらず撃墜数を 11とし、柿崎と輝を驚かせるのだった。そして夜にミンメイ宅を訪ねるが、プレゼントを買い忘れた輝は自分の勲章をミンメイにプレゼントするのだった。
マクロスの艦内はひときわにぎわっていた。というのも、ミス･マクロスコンテストが開催されていたからだ。艦内ではテレビ放送も始まっていた。リン･ミンメイも出場することになったこのコンテストを見に、輝は自転車を走らせる。しかし、ゼントラーディの偵察機を迎撃するために出撃要請が。果たして、ミンメイはミス･マクロスの栄光を手にすることが出きるだろうか？ 一方、コードネーム「青い風」の偵察機のスパイ三人は、ミス･マクロスコンテストの情報に触れ、今まで感じたことのない精神的な衝撃を受けるのであった。
偵察機での情報収集に失敗したエキセドルは、今度は人質を取る計画をたてた。威嚇射撃、そしてカムジンの艦隊による攻撃でレーダーが使用不能になったマクロス。そのため、情報収集のため早瀬未沙がキャッツ･アイに乗り込んだ。ヴァーミリオン小隊の三人、輝、柿崎、マックスが護衛に当たるが、キャッツ･アイが敵機に捕獲されてしまう。バトロイドで救出に向かう三人を待ち受けていたのが、ブリタイであった。
ブリタイを宇宙空間に放り出したマックス機。しかし、真空にも耐えられる身体を持つブリタイは艦内に戻り、今度は未沙、柿崎、輝を捕虜にしてしまう。そしてその捕虜を基幹艦隊のもとへ届けるために空間転移を行った。そして、尋問が始まった。彼らの持っていないものを持っているのではないか、と考えた未沙は一案を講じる。一方、変装したバルキリーで艦内にとどまったマックスは、三人の救出に向かう。
ゼントラーディ軍に対する貴重な情報を持ち帰るために、三人はマックス機に乗り脱走を試みる。脱出途中で未沙と輝が見たものは、巨人であるゼントラーディ人が地球人と同じ大きさになることができる、マイクローン化の機械だった。四人は合流し、スパイを送り込む偵察船に乗り込み、地球へと向かった。その時、ラプラミズの部下･ミリアがマクロス艦内にスパイを潜入させるためにマクロスに攻撃を仕掛けていた。
マクロスの目の前に地球はあった。輝たちの持ち帰った情報の重要性を認識した艦長は、ゼントラーディの包囲網を突破することを決意した。包囲網保持のまま加速を続けるラプラミズ隊に業を煮やしたカムジンは、マクロスに攻撃を開始、マクロスはトランスフォーメーションにピンポイントバリアで突破口を開こうとする。一方、マクロスに潜入したスパイの三人は、地球人の生活に対して大きなカルチャー･ショックを受けるのだった。
地球に不時着したマクロス。艦長･グローバルにとっては、統合政府と軍情報部という強敵が現れた。グローバルは、一年にわたるゼントラーディとの戦いを綴った「グローバル･レポート」を吹き込み始めたのだった。
グローバル艦長と未沙はアラスカにある統合軍総司令部へ、ミンメイと輝は横浜へとマクロスを後にした。レポートを手にした統合軍首脳は、グローバルと未沙への質問を開始。二人は、総司令部に対する観測の甘さを、痛いほど思い知らされることになったのである。横浜に行ったミンメイと輝は、平和運動に荷担して家を出ていた従兄弟のカイフンと再会する。歌手デビューに反対する家族に、カイフンは歌自分がついていくといったのだった。
未沙はカイフンに、かつての恋人ガイバー少尉の面影を見いだすのだった。その時、検疫処置のため、マクロスの民間人に対する上陸許可が差し止められたとの臨時ニュースが入った。勇み足のカムジンは地球に降下、マクロスのと一騎打ちに望んだ。その目的は、マクロスを宇宙に追い出すことだった。特攻をかけるカムジンの戦艦に、マクロスはダイダロス･アタックで迎え撃つ。
撃墜された輝は重傷を負い、病院の一室で生死の狭間をさまよっていた。そこでは、ミンメイがコンサート最中にブリタイに連れ去られてしまい、救出に向かうというストーリーだった。そこでの輝は、ミンメイを助けるためにバルキリーを奪取しようとして撃墜される、という今までの体験をコラージュした世界にいたのだった。
フォッカーは滅入っている輝を元気づけるため、ミンメイに会いに行った。ミンメイは、輝を元気づけるために病院に見舞いに来たが、過労のためベッドで寝込んでしまう。輝が未だ戦列に復帰できないうちに、ミリアの指揮する一体が攻撃を仕掛けてきた。しかし、彼女の目標はマクロスではなく、マックスであった。
統合軍との交渉もむなしく、マクロスにいる民間人の受け入れはかなわなかった。しかし、このときの通信を傍受したオンタリオ自治区が、避難民の受け入れを通告、グローバル艦長は北アメリカに向かう。途中カムジンの攻撃を受け、全方位バリアを使って防御を試みるが、バリアを支えていたエネルギーが爆発する。
左遷されていたブリタイが、1200隻の軍艦を率いて戻ってきた。一方、統合軍本部より地球圏外出撃命令が下ったマクロスは、事実上地球を追放されることになった。マクロスに潜入していた三人のスパイは脱出して帰還、驚くべき地球の「文化」をゼントラーディ軍に伝える。その情報と持ち帰った品々は、瞬く間に下級兵士の間に広がっていったのだった。
ミンメイとカイフンのカンフー映画『シャオパイロン』が完成、ミンメイは公開初日の指定席を輝のために確保した。輝はミンメイとカイフンとのキスシーンに衝撃を受け、映画館を飛び出してしまう。そこには未沙がいた。そのとき、トランスフォーメーションが始まり、二人は閉じこめられてしまう。話をしているうちに、二人はお互いが同じ理由で映画館から出てきたことを知る。トランスフォーメーションが解かれた後、二人は仲睦まじくホテルに戻るミンメイとカイフンを目撃するのだった。
映画『シャオパイロン』における衝撃波とマクロスのエネルギー爆発の映像はボドルザー艦隊へ届けられた。ボドルザーは、地球人を捕虜にして徹底的に調査するよう命令した。マクロスの潜入していた三人のスパイが持ち帰った文化の破片は瞬く間に伝わり、マクロスに投降しようという動きが活発になっていた。彼らはマイクローンになり、バトルポッドを利用してマクロスに潜入を試みる。
野外劇場でミンメイとカイフンのキスシーンを見た輝は、自暴自棄になりバトルポッドを破壊し尽くす。その後、奇襲作戦に乗じてマクロスに逃げ込んだ脱走者23名の亡命要請を受けたグローバル艦長はその処置に苦慮し、輝を呼んだ。亡命希望者の精密検査によって、血液型と遺伝子構造に差異がないことがわかり、異星人として扱う訳にはいかなくなったのだ。
輝とマックスは気晴らしにゲームセンターへ行くが、そこにはミリアが陣取ってバルキリーゲームに熱中していた。マックスはミリアとゲームで対戦、先日の実戦でミリアを倒した相手がマックスであることを知る。マックスはミリアとのデートを取り付けるが……。
ミリアはマックスと対決するために公園にやってきたが、三度目の敗北を喫する。彼女は死を覚悟するが、マックスの口づけによって女性の感情に目覚め、まもなく二人は結婚する。グローバル艦長は二人の結婚を全面的に支持、ゼントラーディ軍の亡命者を受け入れることを表明した。ボドルザーは、マクロスを全滅させねばならないと言い、ブリタイに総攻撃の指令が下ったが、彼は各艦で停戦交渉を求める声が強くなったため、停戦交渉を結ぶとの命令を下した。
ゼントラーディ軍のエキセドル記録参謀が、マクロスへ乗艦してきた。停戦協定を結ぶためである。ラプラミズはすべてをボドルザーに報告したため、479万122隻の基幹艦隊が到着することがわかった。ブリタイは、ボドルザーは地球人をプロトカルチャーと判断したため、関わり合ったブリタイ、そしてラプラミズらの艦隊は消去される、ということをラプラミズに警告、彼らはマクロスは協力して、基幹艦隊と対決することになった。
ボドルザー艦隊のすべては地球を包囲した。輝はミンメイに好きだったことを告げ、彼女のもとから去った。後を追いかけるミンメイ。輝はミンメイに、みんなのために歌を歌ってくれるよう頼むのだった。そして軍用周波数を使って歌を流すことによってカルチャー･ショックを起こさせ、指揮系統に混乱をもたらし、その隙をついて基幹艦隊をたたくという作戦に出たのだった。グランド･キャノンを発射したアラスカ基地は、艦隊の一部を消去するが、それも焼け石に水であった。地球はほぼ全滅、アラスカ基地も未沙を残して全滅してしまう。
地球統合軍と、ゼントラーディ軍との戦いは終わり、2年が過ぎた。生き残ったマクロスの民間人、そして地球上でのわずかの生存者、そしてゼントラーディ人は街を復興し始めた。ミンメイは街から街へ巡業していることを知ったが、グランテ･シティでのラジオ放送を聴き、ミンメイに会いに行く。カイフンは酒浸りになり、ミンメイとの仲も壊れ始めていった時、地球での生活になじめないゼントラーディ人が、武器を持って暴れ始めたのだった。
地球での生活を不満に思うゼントラーディ人が日に日に増えていった。歌を歌うことに疲れたミンメイは、カイフンと別れて久しぶりに娘々（ニャンニャン）に向かう。自分の部屋戻ったミンメイは、輝に会いに行く。しかし、未沙と仲睦まじくしている輝を見てしまうのであった。
軍備増強のため、輝たちはブリタイと組んで自動宇宙船製造衛星を奪取することになった。しかし、マックスとミリアは、彼らの子供、マリアを連れてきていた。ミリアとマックスは、マリアを連れて敵艦へと乗り込んでいく。
宇宙衛星作戦によって得た工場衛星は、地球に近い軌道上に置かれた。そして、兵器の量産体制に入ったのだった。しかし、機械の大半は監察軍により破壊され、使えないものがほとんどだった。そんな時、トラッド･シティで暴動が起き、マイクローン装置が奪われてしまう。
マイクローン装置を奪取したカムジンは、今度はミンメイとカイフンを人質に取り戦艦の引き渡しを要求してきた。そのため、助けを求めているゼントラーディの兵士を使ってカムジンをおびき出す罠を張った。輝は、ミンメイの救出に向かう。
ミンメイ救出作戦から輝と喧嘩別れしたままの二人。素直になれない未沙は、クローディアから自分の体験を聞かされるのだった。雨の晩、輝は未沙を迎えにクローディアの家に迎えに来た。そして、未沙はクローディアにもらった紅茶が二人の仲を取り持ったのであった。
輝とミンメイは、2年ぶりにミンメイと二人きりの時間を過ごした。しかしそれは、未沙とのピクニックの約束を破ってのことであった。ミンメイからマフラーをもらい、うれしがる輝。しかし、またしてもカイフンにデートの邪魔をされてしまう。空港へ戻る途中、暴動が発生したと言うことを聞いた輝は、鎮圧のため指揮を執ることになった。
クリスマスの日、ミンメイ失踪のニュースが流れた。その時、輝の部屋にミンメイが現れた。エンジンの部品を奪うため、カムジンがまた動き出した。エンジンを奪った後、街を爆破して逃げていくのだった。
戦艦を手に入れたカムジンは、最後の戦いをかけるべく動かないマクロスに特攻をかけた。輝の家に身を寄せるミンメイは、輝に軍人をやめるよう説得するのだった。未沙は、輝と顔を合わせるのがつらいため退役しようと考えていることをクローディアに告げる。グローバルは、宇宙移民を始めるために新しい軍艦の艦長をやってほしいと未沙に頼む。未沙は、別れを告げるために輝の家に足を運ぶのだった。
広大な宇宙で巨大異星人による二大勢力が戦いを繰り広げていた。一方は男だけの勢力ゼントラーディ軍、もう一方は女だけの勢力メルトランディ軍。そしてこの戦いは地球をも巻き込んでいった。 突然の攻撃に宇宙戦艦マクロスが交戦したが、トラブルから太陽系外縁に飛び出し地球帰還の術を失ってしまう。マクロス内には都市が形成され、市民は地球への思いを馳せ、生きていた。 そんな彼らの心を癒すのは歌手リン．ミンメイの歌声だった。思いがけずスターとなったミンメイが唯一心の支えとしたのは、統合軍バルキリー隊のパイロット一条輝である。輝にとってもミンメイは心休まる存在であった。が一方で輝は上官である早瀬未沙と同じ戦場に生きる中で、愛の芽生えるのを感じはじめていた。 ミンメイと未沙との愛の狭間で、輝の心は揺れ動く。 熾烈をきわめる戦況の中、マクロスは人類の存亡を賭け、ミンメイの歌を唯一の武器に最後の戦いに挑んでいく。
1984年公開の劇場版『超時空要塞マクロス 愛・おぼえていますか』は、諸般の事情により本編後のエンディングフィルムの制作が見送られた。この中ではエンディングテーマ曲『天使の絵の具』を歌うヒロイン、リン・ミンメイのコンサートシーンが描かれる予定だった。本作品はこのシーンを再現するために企画されたもので、初代マクロスの最後の映像作品となった。 マクロスはアニメとポップ・ミュージックのメディアミックスの先駆けであり、この作品も1980年代のアイドルのミュージックビデオのような、ライブ映像やイメージフィルム風の映像で構成されている。2012年のコンサートシーンを映した『天使の絵の具 part1』と、巨大宇宙移民船メガロード-01の旅立ちを描いた『天使の絵の具 part2』は新規作画。その他8曲の映像には、テレビシリーズと劇場版の編集フィルムや、美樹本晴彦のイラストが用いられている。全編音楽による構成のため、旧声優陣による新たなアフレコは行われていない。 内容に明確な筋立てはなく、戦争、恋愛、別れなどをへて、未来へと飛び立つ人々の希望が表現されている。リン・ミンメイは地球でのさよならサマーコンサートツアーを終え、過去や未来のイメージが交錯（フラッシュバック）するなか、メガロード-01艦長早瀬未沙、航空隊長一条輝らとともに遥かな宇宙航海へと旅立つ。
