В 2199 году инопланетная раса из Империи Гамилус во главе с Лордом Деслером нападает на Землю, чтобы завоевать её. Поскольку их родной атмосферой является радиация, то они обстреливают радиоактивными астероидами поверхность планеты, делая в итоге жизнь на её поверхности непригодной для людей, из-за чего человечество вынуждено уйти под землю. Однако радиация оказывает своё разрушительное влияние даже на подземные города.
Тем временем на Марсе терпит крушение космический корабль другой цивилизации. На борту Сусуму Кодай и Дайсукэ Сима находят погибшую девушку с посланием от правительницы планеты Искандер. В расшифрованном послании Старся Искандар предлагает землянам помощь в борьбе с космической угрозой, приглашая их на свою родную планету, где есть некое устройство, способное очистить поверхность Земли от радиоактивного загрязнения. К посланию была прикреплена инструкция для создания мощного космического двигателя. Отыскав на планете затонувший еще во время Второй Мировой войны корабль Ямато, главные герои модифицируют его и под командованием капитана Дзюдзо Окиты отправляется в космическое плавание прямиком к Искандеру. Однако, у экипажа Ямато есть ровно год, чтобы совершить это путешествие, иначе человеческой расе придет конец.
В 2201 году, спустя год после того, как «Ямато» спас Землю от радиоактивного заражения, на горизонте появляется новая угроза. «Ямато» отправляется в свой последний поход, чтобы вновь уберечь родную планету от беды.Земля почти оправилась от последствий войны с Гамилас, и восстановительные работы уже развернулись на других планетах. Но однажды бывшие члены экипажа «Ямато» перехватывают странное, искажённое сообщение, исходящее от белой кометы, стремительно приближающейся к Земле. Не раздумывая, они угоняют свой старый космический линкор и вступают в новую битву.
Империя Чёрной Туманности нападает на Землю и угрожает взорвать планету бомбой, заложенной прямо на ней, если получит отпор. Вся надежда человечества — на экипаж «Ямато»: команде предстоит отправиться на планету Чёрной Туманности и найти способ обезвредить бомбу, пока не стало слишком поздно.
После сокрушительной кампании планеты Гамилас Земля превратилась в бледную тень себя прежней. Многочисленные стычки между земными и гамиласскими кораблями, а также беспощадные удары астероидных бомб превратили поверхность планеты в безжизненную пустошь, непригодную для жизни. Немногочисленные выжившие скрываются в подземных городах, страшась, что радиация, разъедающая поверхность, однажды проникнет и в их укрытия.Когда надежда почти угасла, на Марсе разбивается странный корабль. Внутри обнаруживают послание с планеты Искандар: если человечество сумеет воспользоваться приложенными чертежами волнового двигателя и совершить путешествие протяжённостью в 148 000 световых лет до Искандара, правительница планеты, Старша Искандар, предоставит устройство, способное восстановить природную среду Земли.Не имея иного выбора, человечество бросает все силы на осуществление этого отчаянного плана. Некогда величественный линкор времён Второй мировой войны «Ямато» переоборудуют в космический боевой корабль с варп-двигателем, и отборный экипаж отправляется в опасную миссию, чтобы спасти умирающую планету.
Пилотный фильм Космический линкор Ямато. Он был создан в августе 1974 года для руководства телеканала Yomiuri Television, но увидел свет только 16 лет спустя — в составе LD Box Set Космический линкор Ямато. Пилот включался и в последующие издания на DVD/BD, однако в них отсутствуют некоторые звуковые эффекты из-за проблем с авторскими правами, возникших в период между выходом LD и DVD/BD-релизов.