Koji (Alcor dans Goldorak), pilote de Mazinger Z et Tetsuya, pilote de Great Mazinger, sont les principales armes du Japon pour lutter contre les invasions de monstres mécaniques mis au point par le Docteur Hell, un mégalomane acharné à la conquête du monde. Mazinger Z est volé par traîtrise et Great Mazinger semble dépassé : mais Koji découvre un message posthume de son grand-père, qui lui permet de découvrir un nouveau robot, plus puissant que tous les autres, Mazinkaiser. Koji réussit à grand-peine à prendre les commandes de ce robot à la puissance infinie et parvient à vaincre les armées du Docteur Hell.
Partiellement adapté du manga originel de Go Nagai, Mazinkaiser se distingue de Mazinger Z par une violence plus prononcée et un humour s'adressant plutôt à un public d'adultes et adolescents.
Le grand succès de l'OAV au Japon lui a valu une suite, Mazinkaiser vs the Great Darkness General (2002), OAV en un épisode de 56 minutes qui voit Mazinkaiser affronter l'empire souterrain de Mykene : ce moyen-métrage était une synthèse de la série Great Mazinger.