"UFO Princess Valkyrie" conta a história de um acidente inesperado que transforma a vida de Kazuto Tokino e da princesa Valkyrie de Valhalla. Kazuto é o dono de um banho público herdado de seus avós, lutando para manter o negócio de pé. Sua vida toma um rumo inesperado quando uma nave espacial cai no banho público, e a partir desse acidente, a princesa Valkyrie de um planeta distante se envolve em sua vida de uma maneira muito peculiar.

Durante o acidente, para salvar a vida de Kazuto, Valkyrie usa metade de sua alma, o que resulta em sua transformação em uma criança. Agora, Kazuto não só tem que lidar com os desafios de manter seu negócio, mas também cuidar da princesa alienígena, que só pode retornar à sua forma verdadeira temporariamente, utilizando um beijo entre eles.

A série se desenvolve em torno das aventuras e desventuras de Kazuto e Valkyrie, enquanto eles enfrentam desafios intergalácticos e tentam navegar pelas complicações de seu relacionamento único. Com a adição de novos personagens, incluindo outras princesas de Valhalla com suas próprias peculiaridades e poderes, "UFO Princess Valkyrie" mistura comédia, romance e ação em uma história sobre amor, responsabilidade e os laços que unem diferentes mundos.