主人公・星野鉄郎は、母親の影響を受け、銀河鉄道999に乗り、無料で機械の体に改造する権利を得られるアンドロメダ星雲へ行くことを夢見ていた。しかし、母親は機械伯爵に殺されてしまう。その後、謎めいた女性と出会い、彼女から切符を渡された鉄郎は、列車に乗り込み、旅を始める。途中、宇宙のさまざまな星を巡り、様々な出来事が起こる。 　　漫画版の結末では、鉄郎はメーテルに思いを告白するが、彼女は婉曲に断り、鉄郎が地球に帰った後、999号列車に乗って自分自身の本当の体を探しに行く。