2015 yılında, İkinci Etki adı verilen küresel bir felaketin üzerinden 15 yıl geçmişken, genç Shinji Ikari, özel paramiliter bir oluşum olan Nerv’in yöneticisi ve kendisinden uzaklaşmış babası Gendo Ikari tarafından Tokyo-3’e çağrılır. Shinji, Birleşmiş Milletler güçlerinin, Ölü Deniz Parşömenleri’nde kehanet edilen canavar bir ırkın üyesi olan Melek Sachiel ile çarpışmasına tanıklık eder. Meleklerin, Mutlak Terör Alanları (AT Alanları) olarak bilinen neredeyse geçilmez enerji kalkanları vardır. Bu nedenle, yalnızca pilotlarının sinir sistemleriyle senkronize olan ve kendi enerji alanlarına sahip Nerv’in Evangelion biyo-makineleri Meleklerle savaşabilir. Nerv subayı Misato Katsuragi, Shinji’yi Tokyo-3’ün altındaki Nerv üssüne götürür. Burada Gendo, Shinji’yi Meleğe karşı Evangelion Ünite-01’i kullanmaya zorlar. Hiçbir eğitim almamış olan Shinji, Melekle savaşamaz ve Ünite-01 ciddi bir hasar alır. Sinir sistemi senkronizasyonu nedeniyle Shinji, acıya dayanamaz ve bilincini kaybeder. Bu durum, Evangelion’un kontrolden çıkarak Meleği kendi başına acımasızca yok etmesine yol açar.
Hastaneye kaldırılan Shinji, iyileştikten sonra Misato’nun evine taşınır ve Tokyo-3’te yeni bir hayata başlar. İkinci savaşında Melek Shamshel’i alt etmeyi başarır, ancak ardından büyük bir duygusal çöküntüyle kaçar. Misato, Shinji ile konuşarak onu pilot olarak devam etmeye ikna eder. Shinji ve Nerv ekibi, dünyayı yok edecek bir felaket olan Üçüncü Etki’yi engellemek için kalan on dört Meleği ortadan kaldırmak zorundadır. Kısa süre sonra Evangelion Ünite-00 onarılır ve Shinji, bu birimin pilotu olan gizemli ve içine kapanık genç kız Rei Ayanami ile yakınlaşmaya çalışır. Rei’nin desteğiyle Shinji, Melek Ramiel’i alt eder. Daha sonra ekibe, Evangelion Ünite-02’nin yetenekli ve hırçın pilotu, Alman-Japon-Amerikalı Asuka Langley Sōryu katılır. Üçlü, birkaç Meleği birlikte yener. Shinji, pilotluk rolüne alıştıkça özgüveni artar ve daha kararlı bir hale gelir. Asuka, Shinji’nin evine taşınır ve ikili arasında karmaşık duygular gelişir; Shinji’nin cesaretiyle bir öpücük paylaşırlar.
Melek Leliel tarafından yutulduktan sonra Shinji, Eva-01’in kendi iradesiyle hareket etmesi sayesinde kurtulur. Ancak daha sonra enfekte olmuş Evangelion Ünite-03 ile savaşmak zorunda kalır. Bu birimin pilotu, Shinji’nin arkadaşı ve sınıf arkadaşı Toji Suzuhara ağır yaralanır ve kalıcı olarak sakatlanır. Asuka, bir yenilgi sonrası özgüvenini yitirir ve Melek Arael’in zihinsel saldırısıyla daha da derin bir depresyona sürüklenir. Bu saldırı, çocukluk travmalarını ve en büyük korkularını yeniden yaşamasına neden olur ve sonunda zihinsel bir çöküş yaşar. Bir sonraki savaşta Rei, Shinji’yi kurtarmak için Ünite-00’ı yok ederek kendini feda eder. Misato ve Shinji, Rei’nin hayatta olduğunu öğrenmek için hastaneye gider, ancak Rei’nin “üçüncü Rei” olduğunu iddia etmesi kafalarını karıştırır. Misato, bilim insanı Ritsuko Akagi’yi Nerv’in gizli sırlarını açıklamaya zorlar. Bu sırlar arasında Evangelion mezarlığı, Shinji’nin annesi Yui Ikari’nin DNA’sı kullanılarak yaratılan Rei klonları ve Dummy Plug sistemi yer alır. Bu olaylar Shinji’yi duygusal olarak derinden etkiler ve çevresindeki insanlardan uzaklaşmasına neden olur. Kaworu Nagisa, katatonik hale gelen Asuka’nın yerine Ünite-02’nin pilotu olarak gelir ve Shinji ile dostluk kurarak güvenini kazanır. Ancak Kaworu’nun, kehanet edilen son Melek Tabris olduğu ortaya çıkar. Shinji ile savaşır ve insanlığın hayatta kalması için ölmesi gerektiğini anlar. Shinji’den onu öldürmesini ister. Shinji tereddüt etse de sonunda Kaworu’yu öldürür ve bu olay onda derin bir suçluluk duygusu yaratır.
Son Melek yok edildikten sonra Gendo, insanlığın ruhlarını birleştirerek zorunlu bir evrim süreci başlatan “İnsan Enstrümantasyon Projesi”ni devreye sokar. Ona göre, bu birleşme insanlığın yalnızlık ve yabancılaşma gibi kadim sorunlarını ortadan kaldıracaktır. Shinji’nin ruhu, varoluşsal bir sorgulamayla boğuşur. Alternatif bir gerçeklikte potansiyel bir Shinji’yi görür ve başkalarının gelişimine katkıda bulunarak kendini kabul etmesi gerektiğini fark eder. Bu aydınlanma, ona acı veren duygusal duvarları yıkmasını ve diğerleriyle birleşerek onların tebriklerini kabul etmesini sağlar.
