本作时间点设定在元祖洛克人世界观的100年之后。莱特博士（元祖洛克人的制造者）生前奋力研究并暂时封印的杰作──思考型机器人艾克斯（エックス / X）被从神秘机械胶囊中解封，从此开启了X系列及Zero系列的盛大篇章。
当下，是一个人类和思考型机器人（レプリロイド / Reploid）并存的世界。和人类会犯罪一样，思考型机器人也会出现扰乱社会的现象，而这部分机器人被称为异常者（イレギュラー / Irregular）。为了应对日益增多的异常者，异常者猎人部队（イレギュラーハンター / Irregular Hunter）正式成立，主角X被划归到第17精锐部队成为B级猎人，队长由凯恩博士的最强杰作──西格玛（シグマ / Sigma）担任。
之后的某天，异常者猎人部队基地接到神秘红色异常者肆虐的警报，西格玛率领部队镇压并俘获神秘思考型机器人杰洛（ゼロ / Zero）。及后，Zero被改造成为特A级异常者猎人，划归西格玛管辖，成为了X的好战友。不过，自Zero俘获战之后，西格玛也日益变得有别于从前，最终变成异常者，带领部下向人类发动叛乱。为阻止西格玛的阴谋，X和Zero受命出动，拉开了本作的序幕 。