公元2176年，太阳系附近的恒星多鲁突然爆炸，释放出的巨大能量令周边宇宙空间充斥着强烈电磁波，地球也因此遭受严重辐射。自然环境发生剧变，逐渐失去适合人类生存的条件。为了延续文明，人类由此展开了规模空前的宇宙移民工程。
180年后，公元2356年，地球、火星、土星、木星等行星上都已建成庞大的宇宙基地，各行星之间也分布着众多太空站，以维持基地间的联络。在其中一座空间站里，设有一所名为“星之路”的宇宙学院，专门培养能够执行特殊任务的少年宇航员。《宇宙星路》的主人公片濑志麻，正是这所学院的一名学生。
刚入学时，志麻和其他学员一样，难以适应全新的学习与生活环境。所幸，同龄伙伴之间逐渐建立的友情给了他们支持，大家的生活也慢慢步入正轨。志麻还结识了名叫音山光太的男孩，两人很快成为要好的朋友，彼此之间也悄然萌生出朦胧的情愫。
然而，平静的校园生活并未持续太久。学员们开始接受日益严苛的训练，并被赋予关系到地球存亡的重大任务。面对接连而来的考验，片濑志麻和同学们能否真正成长为合格的宇航员？
