"Mobile Suit Gundam Twilight AXIS" spielt in der Universal Century-Zeitlinie und knüpft an die Ereignisse des Ersten Neo-Zeon-Kriegs an. Die Handlung konzentriert sich auf die ehemalige Zeon-Pilotin Arlette Almage und den ehemaligen Ingenieur Danton Hyleg, die als unabhängige Auftragnehmer für die Earth Federation arbeiten. Beide waren einst im Entwicklungsprojekt des Psycho-Gundam-Prototyps, dem "Psycho Gundam Mk-IV", involviert, das während des Krieges zerstört wurde. Jahre später werden sie mit der Aufgabe betraut, die Überreste der mobilen Waffe in den Trümmern der ehemaligen Zeon-Festung Axis zu bergen.

Während ihrer Mission stoßen Arlette und Danton auf Überreste von Zeon-Technologie und mobile Suits, die noch immer aktiv sind. Sie geraten in Konflikte mit den verbliebenen Neo-Zeon-Kräften, die ebenfalls an den Technologien interessiert sind. Die Handlung enthüllt nach und nach die komplexe Vergangenheit der beiden Protagonisten, insbesondere Arlettes Verbindung zu Char Aznable, dem legendären Zeon-Führer, und ihre Rolle in den früheren Konflikten.

Die Geschichte thematisiert die Auswirkungen des Krieges auf die Überlebenden und die moralischen Grauzonen, in denen sich sowohl Arlette als auch Danton bewegen. Ihre Mission wird durch die Präsenz des mysteriösen "Rot"-Mobile-Suit-Piloten erschwert, der eine direkte Verbindung zu Char Aznable zu haben scheint. Die Handlung verbindet Action, politische Intrigen und persönliche Konflikte, während sie die fortwährenden Spannungen zwischen der Earth Federation und den verbliebenen Zeon-Kräften beleuchtet.

Die Charaktere sind tief in die Geschichte des Universal Century verwoben, und ihre persönlichen Motivationen und Loyalitäten werden im Laufe der Handlung immer komplexer. Arlettes Vergangenheit als Zeon-Pilotin und ihre Verbindung zu Char Aznable spielen eine zentrale Rolle, während Dantons technisches Wissen und seine pragmatische Herangehensweise die Mission vorantreiben. Die Serie bietet Einblicke in die fortwährenden Konsequenzen des Krieges und die moralischen Dilemmata, mit denen die Überlebenden konfrontiert sind.