《钢铁天使久留美 零》的故事发生在遥远的未来。那时，人类与文明都濒临灭亡，久留美、莎琪、卡琳卡和艾库塞莉娅四名少女共同生活在这颗逐渐衰败的地球上。某天，久留美与名叫道人（どうじん）的少年坠入爱河，两人通过邮件往来，慢慢开始了交往。然而，这段恋情也由此走向了意想不到的方向……
本作是继《钢铁天使久留美》取得良好反响后推出的原创续篇OVA，但与《钢铁天使久留美 二式》不同，作品并未明确说明它与前作之间的联系。相比《二式》以喜剧风格为主，本作更偏向严肃的室内剧，整体节奏较为平缓。与此同时，登场角色并非钢铁天使，这一点也使它与其他《钢铁天使》系列作品存在明显差异。
久留美等人的关系同样不同于系列其他作品。她们并不是姐妹，而是共同生活的室友与朋友，彼此之间维持着十分普通的友情。比如，其他两名少女会自然地对久留美的初恋对象产生兴趣，并支持她恋情的发展。
故事最终暗示了它将与初代《钢铁天使久留美》相连接，原作者也曾在原作中提到这一点。不过，尽管本作沿用了与其他系列相同的角色名字和外貌，整体上仍可视为一个基本独立的故事。未在初代和《二式》中登场的艾库塞莉娅，后来则以钢铁天使的身份出现在原作漫画中。
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