Kuromukuro comienza en el Instituto de Investigación Kurobe de las Naciones Unidas, en Japón, una instalación construida en torno a un antiguo artefacto descubierto durante la construcción de la presa de Kurobe. Científicos de todo el mundo se reúnen allí para estudiar el misterioso objeto, mientras sus hijos continúan su vida escolar normal en el instituto de secundaria internacional Mt. Tate.
En el centro de la historia está Yukina Shirahane, una reservada estudiante de secundaria e hija de la científica principal del instituto. Cuando visita a su madre en las instalaciones, Yukina logra resolver parte del enigma del artefacto y, sin esperarlo, despierta a Kennosuke Tokisada Ouma, un joven samurái de la era Sengoku. Su repentina aparición la arrastra a un conflicto que se extiende a lo largo de los siglos y sitúa el secreto del artefacto en el centro de su mundo.
Mientras una amenaza extraterrestre se cierne sobre la Tierra, Yukina y Kennosuke se ven obligados a luchar juntos en primera línea. En medio de los combates contra las fuerzas invasoras y mientras descubre la verdad sobre la presencia de Kennosuke, Yukina comienza a comprender por qué él está decidido a protegerla y hasta qué punto su pasado está ligado al peligro que enfrenta la humanidad.
