I personaggi principali di Robot Girls Z saranno Z-chan (una ragazza che ricorda Mazinger Z), Gre-chan (Great Mazinger) e Grenda-san (UFO Robo Grendizer), che insieme formeranno il Team Z, un'unità che ha il compito di promuovere l'energia del futuro, ovvero quella fotonica, e che combatteranno coloro che vogliono tenersela per sé stessi. Di solito, il team opera dal Distretto dell'Energia Fotonica che si trova nella Nerima Ward Oizumi Academy a Tokyo.