作品発表前よりテレビアニメはプレスコで作られており、2022年1月20日に行われたフジテレビ「+Ultra」ラインナップ発表会で漫画連載とのメディアミックス作品として発表された。

アメリカ・サンノゼで開催されていた「Crunchyroll Expo 2022」にて、2022年8月6日に催された特別上映で作品本編の冒頭4話分が初公開となった。

本作はポリゴン・ピクチュアズの設立40周年記念作品と銘打たれており、同社の設立30周年記念作品『シドニアの騎士』の原作者・弐瓶勉が本作の原作者としても携わる。

3月22日、「フジテレビアニメラインナップ発表会2023」で劇場版『大雪海のカイナ ほしのけんじゃ』が10月から公開になることが発表された。

地表を覆った大雪原から逃げるように人々は巨樹「軌道樹」の上に「天膜（てんまく）」を作って生活していた。 天膜に住む少年カイナは、軌道樹の根元から登ってきたリリハという少女を見つける。

カイナは軌道樹の上の天膜で年寄りたちと暮らしていた。リリハはアトランドの王女で「賢者」を探しにきたという。カイナはリリハと軌道樹を降り、初めて地上の雪海にたどりつく。だがリリハがアトランドと対立するバルギアにさらわれる。

カイナはリリハの弟ヤオナとバルギアに乗り込みリリハを奪還。バルギアは水不足を理由にアトランドに戦争を仕掛けていた。カイナたちはアトランドの地下にある旗が巨大な軌道樹と水への地図になっていること、バルギアの造船技術があればそこへいけると発見。リリハは旗を父王に見せて戦争を止めようとするが、バルギアは古代兵器「建設者」でアトランドを襲う。カイナは「樹皮削り」で建設者を倒し、アトランドとバルギアは停戦。カイナの案内で軌道樹への旅を目指す。

• 原作 - 弐瓶勉（東亜重工）
• 監督 - 安藤裕章
• シリーズ構成 - 村井さだゆき
• 脚本 - 村井さだゆき、山田哲弥
• アニメーションキャラクターデザイン - 福士亮平、小谷杏子
• ビジュアルコンセプトデザイン - 片塰満則
• プロダクションデザイン - 田中直哉、勅使河原一馬
• CGスーパーバイザー - 石橋拓馬、多家正樹
• 3DBGマットペイントスーパーバイザー - 松本吉勝
• モデリングスーパーバイザー - 瀬尾大樹、北野修平
• エンバイロメントスーパーバイザー - 新津仁志
• リギングスーパーバイザー - 河野舞
• ルックデベロップメントスーパーバイザー - 滝沢進之介
• チーフレイアウト・アニメーションスーパーバイザー - 井澤一勝
• レイアウト・アニメーションスーパーバイザー - 神谷美由紀、Lim Yew Chin
• BGセットアップスーパーバイザー - 池上裕貴
• エフェクトスーパーバイザー - 須藤太一
• ライティング&コンポジットスーパーバイザー - 松島広幸、Choon Ho Tee
• 色彩設計 - 野地弘納
• 美術監督 - 久保季美子
• 音響監督 - 土屋雅紀
• 音響効果 - 倉橋裕宗
• 編集・ポストプロダクション - 星野和成
• メインテーマ - 澤野弘之
• 音楽 - KOHTA YAMAMOTO、馬瀬みさき
• 音楽制作 - フジパシフィックミュージック
• プロデューサー - 森彬俊、濵本悠光
• アニメーションプロデューサー - 髙橋亮平
• アニメーション制作 - ポリゴン・ピクチュアズ
• 制作 - 大雪海のカイナ製作委員会（フジテレビジョン、クランチロール、ソニー・ピクチャーズ エンタテインメント、電通、bilibili、NetEase Games、ポリゴン・ピクチュアズ、ビーエスフジ）

インターネットではAmazon Prime Videoにて毎週木曜12時に独占配信。

『大雪海のカイナ ほしのけんじゃ』のタイトルで、2023年10月13日に公開された。

アニメ放送に先行して、『月刊少年シリウス』（講談社）にて、2022年4月号より武本糸会作画の漫画連載が開始。