Die Geschichte von Giant Robo beginnt mit der schattenhaften internationalen Geheimgesellschaft Big Fire, die ein finsteres Projekt zur Eroberung der Welt vorantreibt. Ihr Plan konzentriert sich auf das GR-Projekt, die Entwicklung massiver, leistungsstarker Roboter. Um Big Fires Vorhaben zu stören, entsendet die Vereinten Nationen einen Spezialagenten in das Land T. In einem Fall von Verwechslung entführen die Agenten von Big Fire jedoch einen japanischen Touristen namens Daisaku Kusama, den sie für den UN-Agenten halten.

Während seiner Gefangenschaft gerät Daisaku in die Nähe der Aktivierung der ultimativen Waffe der Gesellschaft, eines Riesenroboters mit der Bezeichnung GR-1. Als eine Explosion auftritt und das Kontrollsystem des Roboters beschädigt wird, erkennt GR-1 Daisakus Stimme als die seines Meisters an, und der Jugendliche entkommt mit der kolossalen Maschine. Nun im Besitz ihrer größten Ressource, verbündet sich Daisaku mit Azuma, dem Leiter der UN-Sonderermittlungsorganisation in Japan, und widmet sich dem Einsatz von GR-1, um die verbleibenden Kräfte von Big Fire anzugreifen.

Big Fire schlägt zurück, indem es seine anderen GR-Einheiten einsetzt, um Daisaku zu eliminieren und GR-1 zurückzuerobern. Die ersten davon sind GR-2, der für den Seekampf konzipiert ist, und GR-3, der für Luftangriffe gebaut wurde. Das Trio der Roboter folgt einer Land-, See-, Luft-Designphilosophie, wobei GR-1 als landgestützter Kämpfer dient, bevor er später mit Flug- und See-Fähigkeiten aufgerüstet wird. Der eskalierende Konflikt gipfelt, als Big Fire eine Wasserstoffbombe aus einem abgestürzten Bomber bergen kann und im Austausch für die sichere Rückgabe der Waffe GR-1 fordert, was zu einer finalen Konfrontation in ihrem Unterwasserhauptquartier führt.

Daisaku Kusama wird als moralisch gefestigter und einfallsreicher junger Mann dargestellt. Ursprünglich ein Student im College-Alter und ein Olympia-niveau Scharfschütze, wurde sein Aussehen später im Verlauf des Mangas zu dem eines jüngeren Jungen verändert, um der Besetzung der gleichzeitigen Live-Action-Fernsehserie zu entsprechen. Er bleibt im Kampf ruhig und wird heftig von GR-1 beschützt, das Anzeichen von Selbstbewusstsein und einem eigenen Willen zeigt. Azuma dient als sein Mentor und Anführer der UN-Truppen und bildet das strategische Rückgrat für Daisakus Frontkämpfe.

Über die ursprüngliche Handlung von 1967 hinaus erweiterte sich das Manga-Universum Jahrzehnte später erheblich. Im Jahr 2006 schrieb Yasuhiro Imagawa, der Regisseur der gefeierten Giant Robo OVA, einen neuen Manga mit dem Titel Giant Robo: The Day the Earth Burned. Diese Serie fungiert als alternative Kontinuität, die als spiritueller Nachfolger der OVA agiert, jedoch einen radikal anderen Ton anschlägt. Die Erzählung präsentiert eine Welt mit schwarz-weißer Moral, in der sowohl die Terrorgruppe Big Fire als auch eine konkurrierende Organisation namens IPO als Antagonisten dargestellt werden. Daisaku wird von Mitgliedern von Big Fire aufgezogen, und die Geschichte nimmt eine viel dunklere und zynischere Sicht auf Yokoyamas ursprüngliche Charaktere und sein Erbe ein, die oft für ihre reifen und konfrontativen Inhalte bekannt ist. Dieser spätere Manga ließ seine Erzählung ungelöst und endete mit einem frustrierenden Cliffhanger.