Lima belas tahun setelah Ultra Flare dari Matahari membangkitkan Spark Dolls menjadi monster, umat manusia membentuk tim pertahanan khusus bernama Xio untuk menghadapi ancaman tersebut. Salah satu anggotanya, Daichi Oozora, tiba-tiba mendengar suara misterius saat bertarung melawan monster. Di tengah situasi genting, Daichi menyatu dengan sosok cahaya misterius dan terlahirlah Ultraman X.

Bersama Xio, Daichi dan Ultraman X menghadapi berbagai monster serta alien yang mengancam Bumi, sekaligus mengungkap misteri di balik Ultra Flare dan hubungan antara manusia dengan Ultraman.