El Doctor Infierno (Doctor Hell en hispano américa) y el Doctor Kabuto, en medio de una expedición arqueológica, encuentran en la Isla de Rodas restos de una gran civilización, capaz de construir robots gigantes. El Dr. Infierno cree que con robots de ese tipo podrá gobernar al mundo, y movido por su ambición de poder trata de convencer al Dr. Kabuto para que se una a él y juntos dominar el Mundo. El Dr. Kabuto no esta de acuerdo y se convierte en enemigo de su ex-colega. Entonces, el Dr. Infierno mata a todos los miembros de la expedición, pero afortunadamente el Dr. Kabuto logra escapar y encuentra en la falda del monte Fujiyama un nuevo material al que da el nombre de aleación Z; con el cual construye al robot Mazinger Z, que utilizará para detener los planes del Dr. Infierno. El Baron Ashler, aliado del Dr. Infierno, asesina al Dr. Kabuto, pero antes de morir consigue contar a Koji Kabuto los malvados planes de Infierno y le da a conocer a Mazinger Z.
En lo sucesivo, el doctor Infierno acechará constantemente con sus creaciones a la humanidad, pero ahí estará siempre Mazinger Z para enfrentarse a sus planes, cual caballero de la Edad Media.
Nuevos robots y nuevas armas salen de las fábricas ocultas y secretas del doctor Infierno, lo que supone un reto de actualización continuo para el Dr. Yomi, asistente del Dr. Kabuto, que atiende y supervisa la ingeniería de Mazinger Z. El Dr. Yomi también construyó un mecha de nombre Afrodita A, que era pilotada por su hija, Sayaka Yomi .
A la par de la secuencia de la serie, surge un amor ambiguo entre Koji Kabuto y Sayaka. Desgarrado continuamente por las fechorías del doctor Infierno y la ira de venganza que Koji Kabuto siente por dentro, así como las personalidades de ambos (Koji es orgulloso y machista, y Sayaka es celosa y de carácter fuerte), parece que ese amor nunca cuaja.
También está presente el humor entre otros simpáticos personajes, compañeros y amigos de Koji y Sayaka.
La evolución de los artefactos robóticos va marcando el guión a lo largo de la serie. Desde el planeador (Spilder), que se acopla en la cabeza de Mazinger Z, hasta las armas instaladas, pasando por el "Jet Scrander" un artefacto con alas que le permite volar, o incluso la capacidad de poder sumergirse en el agua, ya que al principio no puede hacerlo. Además aparecen otros robots como el de Sayaka, "Afrodita-A", que ayuda a Mazinger Z cuando este se encuentra en apuros, como el Robot de Boss, un destartalado robot que construyen los científicos del laboratorio para él y sus compañeros como respuesta cómica y emocional al heroísmo inexistente en sus vidas comparadas con la de su compañero Koji.
Por otra parte, la evolución en los robots del doctor Infierno también es notable. En cada capítulo ve la luz un nuevo robot, con capacidades extraordinarias, pero que siempre adolece de un punto débil que aprovecha Mazinger Z. Igualmente, el guión se ve reforzado por los cabecillas de mando del doctor Infierno, el "Barón Ashler" (O Ashura), que es hermafrodita desde una simetría bilateral del cuerpo y, capítulos más tarde, el Conde Broken (Conde Decapitado en Méjico) cuyo personaje muestra como característica tener la cabeza separada del tronco, y llevarla habitualmente como un casco bajo el brazo. Ambos se esfuerzan en sus cometidos, y ambos padecen la ira del doctor Infierno cuando fracasan aunque, como es lógico, por la continuación de la serie cabe el perdón a cambio de una nueva oportunidad para la victoria deseada por el malvado doctor.
En el penúltimo capítulo, donde MAZINGER Z mata al doctor Infierno. Lamentablemente eso no sería todo por que un secuaz de éste que tenía cuerpo de tigre, el Duque Gordon, se une a otro maléfico líder. En el último capítulo el nuevo personaje envía dos robots muy poderosos para destruir a Mazinger... y lo logran, pero en ese momento aparece el padre de Koji (que siempre se creyó muerto) enviando en su ayuda su creación: Gran Mazinger, un robot más moderno y poderoso que no tiene problemas en acabar con los monstruos mecánicos. Así termina el capítulo 92 de esta serie.
