Space Patrol Luluco sigue a Luluco en Ogikubo, un crisol intergaláctico de humanos y alienígenas y la única Zona de Inmigración Espacial de la Tierra, donde la vida cotidiana ya está a un paso del caos. Luluco es una chica de secundaria alegre y vivaz que no desea otra cosa que vivir como una alumna corriente, pero ese objetivo se esfuma al instante cuando su padre, que trabaja para la Patrulla Espacial, se come por accidente una inestable cápsula de sueño y queda congelado por completo. En la confusión que sigue, Luluco lo rompe sin querer y corre a la oficina de su padre en busca de ayuda, solo para acabar de lleno en una vida mucho más extraña que la tranquila rutina que había planeado.
En la sede de la Patrulla Espacial, su jefe, Over Justice, recluta a Luluco como agente encubierta provisional para que la organización pueda combatir la delincuencia en su escuela. Obligada a ponerse el traje de la Patrulla Espacial, la envían a impartir justicia mientras intenta conservar la imagen de una chica normal que nunca destaca. Sin embargo, los sistemas automáticos del traje y su propio férreo sentido de la justicia hacen imposible cualquier sutileza, y convierten misiones sencillas en investigaciones disparatadas, espectáculos públicos y un caos cada vez mayor. Con cada misión, Luluco se aleja más de la vida corriente que deseaba y se adentra en un mundo en el que la justicia, el bochorno y el desastre llegan juntos.