该游戏讲述了机器人2B、9S和A2的故事，以及他们为夺回遭强大机械生命体占领、由机器驱动的反乌托邦而进行的战斗。
人类已经被来自另一个世界的机械生命体赶出了地球。为了夺回地球，人类抵抗军孤注一掷，派遣了一支人形机器人士兵军队，以摧毁入侵者。现在，机械生命体和人形机器人之间的战争开始了……而这场战争可能很快就将揭开一个早已被遗忘的世界真相。
《尼尔：机械纪元》故事发生在和前作相同的世界，重新设立一个全新的故事剧情，和1代几乎没有关联，剧情与《龙背上的骑兵3》有关联。