Un enorme robot costruito dall'anziano scienziato Juzo Kabuto, viene lasciato in eredità, dopo la sua morte, al nipote adolescente Koji Kabuto. Compito dell'automa sarebbe stato quello di contrastare i piani del Dottor Hell (in Italia Dottor Inferno), uno scienziato tedesco che nel 1962 aveva partecipato con Kabuto e altri colleghi a una spedizione archeologica nell'isola greca di Bardos (Rodi nell'adattamento italiano), alla scoperta dei resti dell'antica civiltà micenea. Ritrovato l'esercito di mostri meccanici costruiti dai Micenei (Mikenes in originale), il dottor Hell svelava le sue reali intenzioni uccidendo tutti i presenti (tranne Kabuto, che riuscì a fuggire) e impossessandosi dell'antica tecnologia, con lo scopo di dominare entro pochi anni il mondo. I Giapponesi organizzarono frattanto la difesa nel centro ricerche per l'Energia Fotoatomica, diretto dal professor Yumi. Qui furono allestite le basi di Mazinga Z e di Afrodite A, un robot meno potente, dalle fattezze femminili, costruito dal Professor Yumi e pilotato da Sayaka Yumi, giovanissima figlia del direttore dell'istituto. Più avanti si unì a questi il Boss Robot, guidato da Boss, Nuke e Mucha, compagni di scuola di Koji, le cui imprese costituivano il lato comico della serie.

Mazinga Z è il primo anime giapponese, in ordine cronologico, basato sulla storia di un grande robot pilotato a cui si ispireranno in seguito altri cartoni animati come Goldrake. Fu creato da Go Nagai nel 1972 insieme all'analogo manga.
L'idea di un grande robot pilotabile venne a Nagai mentre guidava nel traffico, immaginando cosa sarebbe potuto accadere se alla vettura fossero usciti dei grandi arti, in modo da poter scavalcare gli altri mezzi. Alla Toei l'idea piacque e iniziarono i lavori per una nuova serie fantascientifica, in cui il robot si chiamava "Iron Z", ma il pilota si sarebbe dovuto inserire nella testa con una motocicletta, anziché un'automobile. La Fuji TV, che avrebbe dovuto trasmetterlo, chiese però un cambio di nome e alla proposta di "Energer Z", seguì quella di Nagai, che divenne il nome definitivo: Mazinga Z.
In Italia, la serie di Mazinga Z non è mai stata trasmessa interamente e anora adesso più di metà della serie è ancora inedita. In TV giunse dalla Spagna, non direttamente dal Giappone. Il protagonista Koji fu ribattezzato Ryo perché il nome originale aveva una pronuncia ambigua in Spagnolo.
Con l'arrivo del Grande Mazinga (settembre 1974) ebbe inizio la nuova serie animata, mentre Mazinga Z fu riparato e lasciato inattivo al centro di ricerche. Nel 2001 arriva una nuova serie di OAV dal titolo Mazinkaiser, basata sulla serie televisiva Mazinga Z di Go Nagai e sui suoi seguiti.