La historia de To Aru Hikūshi e no Tsuioku gira en torno a Charles Karino, un mercenario piloto aereo del Imperio Revaamu que tripula la doble plaza del hidroavión de reconocimiento Santa Cruz. Un día, él recibe una absurda asignación: volar en solitario más de 12.000 km en aguas enemigas para proteger una niña llamada Fana del Moral. Fana pasa a ser la siguiente de la línea de sucesión del trono del imperio y es una niña que posee una belleza equivalente a 5.000 rayos de luz.