Cross Ange: Tenshi to Ryuu no Rondo mengikuti kisah Angelise Ikaruga Misurugi, seorang putri dari Kekaisaran Misurugi yang hidup dalam dunia di mana manusia menggunakan kekuatan magis yang disebut Mana. Angelise percaya dirinya sempurna hingga suatu hari terungkap bahwa dia adalah seorang Norma, individu langka yang tidak bisa menggunakan Mana dan dianggap sebagai ancaman bagi masyarakat.
Setelah kehilangan statusnya dan dikhianati oleh keluarganya, Angelise dikirim ke sebuah fasilitas militer di mana Norma dilatih untuk melawan makhluk misterius bernama DRAGON menggunakan robot tempur bernama Paramail. Di sana, ia mulai dikenal sebagai Ange dan harus menghadapi kenyataan pahit serta perjuangan untuk bertahan hidup.
Seiring waktu, Ange mengembangkan hubungan dengan rekan-rekannya sesama Norma, mengungkap konspirasi besar di balik keberadaan Mana, DRAGON, dan Norma itu sendiri.
