In einer Welt, in der ein schattenhaftes Verbrechersyndikat namens Panther Claw ungestraft operiert, führt eine scheinbar schusselige und stets fröhliche Oberschülerin namens Honey Kisaragi ein geheimes Doppelleben. Sie ist ein fortschrittlicher Android, erschaffen vom brillanten Dr. Kisaragi, der ihr ein wundersames Gerät namens Atmospheric Element Condenser, oder das Honey System, implantierte. Indem sie den herzförmigen Anhänger an ihrer Halskette drückt und „Honey Flash“ ruft, kann Honey die Luft um sich herum verfestigen und sich in die mächtige, rot gekleidete Kriegerin Cutie Honey verwandeln. Ihre Fähigkeiten sind vielfältig, darunter übermenschliche Stärke, Intelligenz und die Kraft, jeden Gegenstand zu erschaffen oder aufzulösen, was sie durch ihr charakteristisches Rapier, das Silver Fleuret, kanalisiert. Begleitet von ihrem tollpatschigen aber gutherzigen Freund, dem Privatdetektiv Seiji Hayami, der davon träumt, die Übel des modernen Japans zu dokumentieren, nutzt Honey ihre Kräfte, um die Operationen von Panther Claw zu stören, ohne von den dunklen Geheimnissen zu wissen, die mit ihrer eigenen Erschaffung verbunden sind.

Während Honey gegen die monströsen Führungskräfte des Syndikats kämpft, darunter den kaltherzigen, multipersönlichen Spieler Yuji Nakajo und den hitzköpfigen Gentleman mit Klingenfüßen, Duke Watari, entdeckt sie, dass sie nicht allein ist. Sie trifft auf Miki Saotome, eine stoische und zutiefst verstörte Einzelgängerin, die über die gleiche Verwandlungsfähigkeit verfügt, jedoch mit einem schrecklichen Makel. Immer wenn Miki sich in ihre blau gepanzerte Schwester Miki verwandelt, wird jedes Metall in der Nähe schmerzhaft in ihren Körper absorbiert, was sie später zur Entfernung zwingt. Miki trägt zusätzlich die Last, diejenige zu sein, die Dr. Kisaragi, ihren eigenen Schöpfer, ermordet hat, nachdem sie erfuhr, dass er unbeabsichtigt den Tod ihrer ursprünglichen Familie verursacht hatte, um sie in einen Androiden zu verwandeln. Kurz darauf betritt die wohlhabende und behütete Yuki Kenmochi die Bühne. Yuki verwandelt sich in die weiß gekleidete Schwester Yuki, eine kultivierte aber rücksichtslos effiziente Kämpferin, die eine besitzergreifende und obsessive romantische Liebe für Honey hegt. Es stellt sich heraus, dass alle drei künstliche Töchter von Dr. Kisaragi sind, jede ein fehlerhafter oder verworrener Versuch, ein verlorenes Kind neu zu erschaffen, und ihre aufeinanderprallenden Persönlichkeiten führen zu einem unruhigen Bündnis gegen Panther Claw.

Die Handlungsbogen vertieft sich, als die drei Schwestern ihren traumatischen Ursprüngen und dem finsteren Panther Claw gegenüberstehen, dessen Führungskräfte die räuberische Schuldirektorin Mayumi Karasugawa und den scheinbar gewöhnlichen Fischhändler Hiromi Tanaka einschließen, der seinen lokalen Markt mit eiserner Faust und einer versteckten Raketenwerferin regiert. Die Schlacht nimmt eine tragische Wendung, als Miki sich opfert, um Honey zu retten, nur um später von einer widerwilligen Mayumi mit begrenzter Lebensdauer wiederbelebt zu werden. Als die Serie ihrem Finale entgegeneilt, tötet Yuki, korrumpiert von ihrer unerwiderten Liebe und manipuliert von Hiromi Tanaka, letztendlich Honey. Allerdings wird Honey wieder auferweckt, als Miki freiwillig ihr eigenes Leben opfert, um ihre Kräfte in Honys Körper zu übertragen. In einer finalen Konfrontation ist Honey, die nun Fähigkeiten besitzt, die an ihre gefallenen Schwestern erinnern, gezwungen, die gehirngewaschene Yuki zu zerstören. Nachdem Panther Claw zerschlagen und ihre Schwestern verschwunden sind, entscheidet sich die nun gereifte Honey, ihre Mission fortzusetzen, das Mantel der Kriegerin der Liebe anzunehmen und voranzuschreiten, wobei die Geister von Miki und Yuki in ihr weiterleben.