Tytułowy Megas XLR to wielki robot bojowy, którego pewnego dnia odnajduje na wysypisku śmieci Coop - nieco otyły nastolatek, wielbiciel fast-foodów i samozwańczy mechanik. Szybko okazuje się jednak, że on i jego najlepszy kumpel - Jamie - nie będą mieć aż tak wiele zabawy z robota, jak sobie wyobrażali. Z przyszłości przybywa bowiem Kiva, która wyjaśnia chłopcom, że Megas nie jest zabawką, a narzędziem służącym do obrony ludzkości, które tylko przez przypadek znalazło się w teraźniejszości. Megas został jednak tak przebudowany przez Coopa, że Kiva nie radzi sobie juz z pilotażem. Cała trójka podejmuje więc walkę z kosmicznymi złoczyńcami...