Sergeant Keroro, ein froschähnlicher Außerirdischer vom Planeten Keron, ist der Anführer eines Trupps, der mit der Mission entsandt wurde, die Erde zu erobern, einen Planeten, den sie Pekopon nennen. Der Plan gerät aus dem Ruder, als Keroro von der Familie Hinata entdeckt und gefangen genommen wird. Anstatt auf feindselige Ablehnung zu stoßen, lebt er schließlich in ihrem Haus, wo er praktisch wie ein Gast behandelt wird, der im Gegenzug für seinen Unterhalt Hausarbeiten verrichten muss. Seine großen Eroberungsambitionen werden ständig von seiner eigenen Faulheit, seiner Liebe zum Bau von Gundam-Plastikmodellen und der ständigen Bedrohung durch die temperamentvolle Tochter der Familie, Natsumi, die als inoffizielle Beschützerin des Haushalts fungiert, in den Hintergrund gedrängt.

Die Serie spielt hauptsächlich in der Stadt Tokio und dreht sich um den Alltag der Familie Hinata und des Keroro-Trupps, der von einer geheimen Basis aus operiert, die im Keller des Familienhauses errichtet wurde. Zu den menschlichen Hauptcharakteren gehören Fuyuki Hinata, ein sanfter und neugieriger Mittelschüler, der sich für Paranormales begeistert und Keroros Meister wird, und seine ältere Schwester Natsumi, ein sportliches und hitzköpfiges Mädchen, das ständig wachsam gegen die Machenschaften des Trupps ist. Ihre Mutter Aki ist eine Manga-Redakteurin, die von den Außerirdischen weitgehend unbeeindruckt ist und ihr extravagantes Verhalten oft für eine gute Geschichte fördert.

Der Keroro-Trupp besteht aus fünf unterschiedlichen Persönlichkeiten, jede mit ihrer eigenen militärischen Spezialisierung und Eigenheiten. Tamama ist ein energiegeladener, aber eifersüchtiger Soldat, der eine heftige Rivalität mit jedem pflegt, der Keroro nahekommt. Giroro ist ein hitzköpfiger Waffenspezialist, der heimlich in Natsumi verknallt ist. Kururu ist ein sadistisches und listiges technisches Genie, das eine Vielzahl von Gadgets erfindet. Dororo ist ein ninjaartiger Krieger, der einst ein gefürchteter Assassine war, aber nun den Frieden schätzt und oft beklagt, wie seine Kameraden seine Existenz vergessen. Die anfängliche Dynamik des versuchten Eroberungsplans wird durch das Auftauchen von Angol Mois weiter verkompliziert, einem mächtigen, aber kindlichen Wesen, das Keroro verehrt und dazu bestimmt ist, den Planeten zu zerstören, obwohl sie meistens nur helfen möchte.

Während die Serie weitgehend episodisch ist und die gescheiterten Versuche des Trupps zeigt, die Welt durch ausgeklügelte Pläne zu übernehmen, die stets nach hinten losgehen, gibt es mehrere bemerkenswerte Handlungsbögen, die für dramatischere Spannung sorgen. Einer der bedeutendsten ist der Garuru-Trupp-Bogen, bei dem Keroros älterer Bruder Garuru eintrifft, um die Mission zu bewerten. Diese Geschichte verlagert den Ton zu einem ernsteren Konflikt, der die Hauptcharaktere zwingt, die Erde vor einer weitaus kompetenteren und skrupelloseren Invasionsstreitmacht zu verteidigen. Andere Bögen drehen sich oft um Kururus gefährliche Erfindungen, die außer Kontrolle geraten, rivalisierende außerirdische Spezies wie den Viper-Clan, die einzugreifen versuchen, oder Reisen zu anderen Planeten, die die Weite des Kerorianischen Universums erkunden. In all diesen Abenteuern bewahrt die Serie ein Kernthema der ungewöhnlichen Freundschaft zwischen den Außerirdischen und den Menschen und verwandelt eine Geschichte über Welteroberung in eine komödiantische Alltagsgeschichte über gewählte Familie und kulturellen Austausch.