太陽から発生したウルトラフレアが地球をつつみ、 地底や海底で人形の姿で眠っていたスパークドールズが怪獣となって復活した。 続々と現れる凶悪怪獣や侵略宇宙人に対抗すべく、 人類は超科学メカを装備した特殊防衛チーム「Ｘｉｏ(ジオ)」を結成する。 そして、15年後。 Ｘｉｏのメンバー・大空大地は、突如出現した怪獣との交戦中に謎の声を聞く。 「ユナイト！…」 その直後、怪獣の攻撃で絶体絶命の大地をまばゆい光がつつみこんだ！ 「君と私はユナイトした！心を一つにすれば、あの怪獣と戦えるんだ！」 神秘の光＝ウルトラマンと一体化した大空大地は、 ウルトラマンエックスとして地球を襲う様々な脅威に立ち向かう！
