宇宙世紀0091年。地球連邦軍外郭部隊ロンド・ベルのアムロ・レイは、かねてより追っていたティターンズの残党が投入したサイコ・ガンダムMk-IV G-ドアーズを苦戦の末に撃破する。

それから1年後の宇宙世紀0092年。「忘れられたコロニー」と揶揄される旧式スペースコロニーのムーン・ムーンでは、4年前の悲劇を繰り返さないために機械の力に頼ることを戒め、光族（ひかりぞく）の人々が牧歌的な暮らしを送っていた。そんなある日、残骸となったG-ドアーズの頭部とその付随ユニットのサイコプレートが、ムーン・ムーンの外壁に衝突する。この出来事によってムーン・ムーンの環境に不具合が生じたため、光族はコロニー公社に修理を依頼するために使者を派遣するが、彼らが乗った宇宙船はネオ・ジオン軍の偽装船「アタラント3」とロンド・ベルの小競り合いの場に迷い込む。友人を助けようと船外に出た少年のユッタ・カーシムは戦闘に巻き込まれて戦場を漂流するが、アタラント3所属の軍人アゴス・ラガートに救助され、その乗機であるバルギルのサイコミュ・システムを介し、同じく漂流したジオンの姫君ミネバ・ラオ・ザビを捜し出す。

光族側は「コロニーの修理を手伝う」という条件付きでアタラント3のムーン・ムーン滞在を許可するが、追撃してきたロンド・ベル、およびミネバの暗殺をもくろむネオ・ジオン過激派との戦闘が勃発する。ユッタは避難途中に負傷したアゴスに代わり、G-ドアーズの頭部を取り付けて応急修理したバルギル改めムーンガンダムを起動させ、光族の人々を助けるために出撃する。

ユッタの活躍でネオ・ジオン軍過激派は撃退されるが、戦闘に巻き込まれたミネバはロンド・ベルのMSパイロットであるウバルド・モリーナに拉致され、彼の母艦であるラー・ギルスに連行される。ミネバのそばにいたユッタの幼なじみサキ・メントーは、ミネバを見殺しにしたとして自責の念に駆られるが、ユッタはミネバを救出するために光族の管理下に置かれたムーンガンダムを奪取しようとする。そこに、先の戦闘中の混乱に乗じて潜入してきたネオ・ジオン軍少佐のリュース・クランゲルが現れ、身分を隠しユッタを扇動してムーンガンダムの奪取を手伝い、アタラント3へ向かわせる。これらの出来事で光族はネオ・ジオン軍に対する不信感を募らせ、アタラント3を接収するべく艦を襲撃する。その最中にリュースは自身の身分を明かし、ムーンガンダムをネオ・ジオン軍の戦力とすることを宣言する。

アタラント3のクルーと戦士隊は、ラー・ギルスに連行されたミネバを奪還するため、ムーンガンダムを連邦軍の機体として誤認させる作戦を実施し、首尾よくラー・ギルスに潜入し占拠するが、異常を察知してやってきたアムロに気付かれる。作戦の失敗を悟ったリュースは、毒ガスで自身とミネバ以外の全員を殺害しようとするが、アムロとユッタが協力して毒ガスのボンベを排除したことで阻止され、ミネバの奪還もままならず撤退する。ユッタはミネバの救出を果たすが、そこにネオ・ジオン軍の巨大戦艦・グワーシャが現れ、ラー・ギルスに攻撃を開始する。

先の戦闘で推進系にダメージを負ったラー・ギルスは、ムーンガンダムをはじめとするMS隊に艦体を押させて撤退を図るものの、グワーシャの攻撃により撃沈直前まで追い詰められる。その時、ムーンガンダムが謎の虹色の光を発し、驚異的な推進力を発揮してラー・ギルスをグワーシャの攻撃圏内から離脱させる。リュースはラー・ギルスの追跡を断念し、自らの目的を果たすためにムーン・ムーンの占拠に向かうが、アタラント3のクルーはこれを阻止すべくムーン・ムーンへ戻り、リュース派と戦闘を繰り広げた後にミネバを再度奪還すべく、ラー・ギルスの後を追う。

一方、ラー・ギルスはミネバの身柄を地球のラサにある連邦軍本部に送り届ける命を受ける。ユッタは連邦軍の現地徴用兵として保護観察の身となり、ムーンガンダムの正規パイロットとして連邦軍の軍籍を与えられ、ミネバを守るためにラー・ギルスに乗艦して地球へ向かう。

その頃、アタラント3では、連邦側に有利な状況を作るために動いている内通者が艦内にいると疑われていた。補給隊を率いてやって来たフアン・マハロフは、内通者の正体がアゴスであること、過去に彼が「内通者」としての人格を人為的に植え付けられたことを掴み、その事実をアタラント3のメンバーに伝える。その後に行われたラー・ギルスへの再潜入作戦において、アゴスは「内通者」としての人格に切り替わり、ミネバを奪還した後に自分を犠牲にして大気圏に飛び込み、彼女を地球に送り届けるという任務を遂行しようとするが、ミネバを追ってムーンガンダムで大気圏に飛び込んだユッタと、アゴスを救おうとするフアンによって阻止される。フアンの奮闘によってミネバはユッタに託され、アゴスも元に戻るが、フアンは大気圏でその生命を散らした。

ミネバを救い出したユッタは、サフィラとともに地球の南極へ降下する。そこはネオ・ジオンの勢力圏と化しており、ユッタたちはシャア・アズナブルやギュネイ・ガスといった面々に取り囲まれる。抵抗を試みるユッタであったがシャアとの腕前の差は歴然としており、機体を無力化され基地に囚われてしまう。 シャアはムーンガンダムのジェネレーター換装を行い、これから自分が為すことを見ていてほしいと、ユッタに同志になるよう促すとともに、ムーン・ムーンの成り立ちと、ユッタが持つニュータイプ能力の秘密を語った。

ムーン・ムーンの前身は「バナール1」という旧式のスペースコロニーであること、そこに住み着いたヒッピーたちがムーン・ムーンの最初の住民であること、ヒッピーたちが持ち込み栽培したコカインこそがムーン・ムーンの資金源であり、そのコカインを巡って住民の間で紛争が起き、「光族」と「アルツトの民」という2つの集団に分かれたこと。そして、ムーン・ムーンの住民たちはそのコカインの成分を世代を超えて少量ずつ摂取・蓄積し続けてきたがゆえに、強化人間に等しい体質を持ち、そのことがユッタのニュータイプ能力の源であること。

愕然とするユッタに、シャアは改めて同志となることを求める。一方、ムーン・ムーンでは「月の入り」と呼ばれる神聖な儀式が行われ、ネオ・ジオンの来訪で浮き足立つ住民たちをまとめるために、王女サラサ・ムーンと、自警団「戦士隊」の長であるリナート・リヒトの婚姻が発表される。しかし、そこにアルツトの民の長であるレイメルが現れ、密かに結託していたネオ・ジオンのリュース派と共に決起し、クーデターを実行する。

本作の舞台は、『機動戦士Ζガンダム』『機動戦士ガンダムΖΖ』の時代にハマーン・カーンに率いられたネオ・ジオン（アクシズ）が残党化する一方、『逆襲のシャア』でシャア・アズナブルに率いられた新生ネオ・ジオンが決起する前の時代であり、両者は同じネオ・ジオンでありながらも派閥争いを繰り広げる関係にある。福井は、一大勢力だったハマーン時代のMSがシャアの反乱時にまったく登場していないことについて、現実には制作上の都合があったのだろうとしつつも、作中の世界では何らかの因果関係があったという理由付けが可能であり、本作ではそうした整合性にも踏み込んでいくとしている。

アタラント3のクルー

アクシズ内では不良品や落ちこぼれの寄せ集め部隊と揶揄され、慢性的な練度の低さに悩まされている。それゆえに内通者をあざむくことができるとされ、ミネバを疎んじる派閥からは機密保持のための捨て石にしても惜しくないという理由から、ミネバを運ぶ「隠れ蓑」として起用される。

ミネバ・ラオ・ザビ

声 - 宮下早紀
旧ジオン公国を支配していた一族「ザビ家」の生き残り。「ガンダムシリーズ」第1作である『機動戦士ガンダム』で乳児として登場し、『機動戦士Ζガンダム』以降の作品で本格的に登場。『機動戦士ガンダムΖΖ』では本物に瓜二つの影武者がミネバとして登場する。本作に登場するミネバがどちらなのかは明かされていない。
本作では偽装貨物船「アタラント3」での逃亡生活を送っているが、ロンド・ベルとの戦闘に巻き込まれたことをきっかけにムーン・ムーンに寄港し、ユッタと知り合う。
心からの笑顔を見せることがなく、サラサからは、自分の言葉で語ろうとしない人物として不信感を抱かれる。シナリオを担当した福井によれば、ユッタは読者にも伏せられている彼女の秘密に気がついているとされ、ミネバについて何か言いかけて言い淀む場面が繰り返されている。ユッタと精神感応した際には、どこらか来たのかを問われて火星を指し示している。

リセ・ジェナロ

アタラント3の女性艦長。階級は少佐。コア3撤退戦の折に、当時の上司だったリュースの命令に逆らってコア3に引き返し、自分に同調した多数の将兵の犠牲を払いながらも残された子供たちを救い出した経歴があり、その子供たちとクルーから「オフクロさん」という愛称で呼ばれている。現在はミネバやシャアなど特定のシンパに所属することはなく中立の立場を保っており、今回のミネバの護衛も単に任務の一つとしてとらえているが、リュース一派の暗躍を強く警戒している。
軍人として任務に忠実であろうとするが、ラー・ギルスの占拠作戦が失敗した際、リュースが連邦軍クルーだけでなく自分たちまでも抹殺する気であることを知った際は、人質にしていた連邦軍クルーを解放するなど、非常時には柔軟な対応も取れる人物である。

アゴス・ラガート

声 - 畠中祐
強化人間処置を受けた青年パイロット。階級は少尉。搭乗機はバルギル。素直で人当たりのいい性格。人工ニュータイプらしい感受性の持ち主で、パイロットとしての技量はきわめて高いが、過去に受けた特殊な強化人間処置（後述）の副作用によりサイコミュへの適性が低く、物語冒頭でバルギルのサイコミュを稼動させることに失敗したことから、同僚たちからは半人前あつかいされている。多くのコロニーや人々を犠牲にした過去のジオンの行為については、「スペースノイドの信用を失った愚行」「ミネバが造る新たなジオンでは絶対にやってはいけないこと」として否定している。
偶然救助したユッタにミネバの捜索を手伝ってもらったことで交流をもち、負傷した自身に代わってバルギル（ムーンガンダム）をユッタに託す。
普段は強化人間特有の精神の不安定さを見せることがなく、親しみやすく感情移入しやすい、強化人間らしからぬ人柄の人物として描かれている。しかしシナリオを担当した福井いわく、実は劇中において最大の二面性を持つ登場人物であるとされ、悲劇的な展開により物語の途中で様変わりを迎えることが予告されていた。 内通者（ないつうしゃ） / 提報者（ていほうしゃ） アタラント3に潜入している内通者。ネオ・ジオン側では内通者、地球連邦側では提報者と呼ばれる。 第1巻から第8巻までは、この人物が登場人物のうちの誰であるのかを読者に伏せたまま物語が進行する。 地球連邦軍にアタラント3の移動先や内情を次々とリークし、内部から妨害活動を行うが、アタラント3側は内通者の存在を確信しつつも正体を掴みかねている。サフィラが捕虜となった際には逃亡を手助けしているが、地球連邦側もまた提報者の目的を掴みかねており、接触したサフィラからは自分たちの味方ではないという印象を持たれている。 その正体は、外科手術によってアゴスの脳へと植え付けられた裏の人格。本人の意志に関わらず必要に応じて裏の人格へと切り替わり、表の人格に自分自身が内通者であることを自覚させることなく、与えられた目的を遂行する。表の人格が喪失している過去の記憶を保持してる一方、感情を喪失しており、表出時には無表情になる。元々はアゴスが少年の頃、戦災での悲惨な体験から逃れるために志願して処置を受けたものだが、表の人格はそのことを覚えていない。

内通者（ないつうしゃ） / 提報者（ていほうしゃ）

アタラント3に潜入している内通者。ネオ・ジオン側では内通者、地球連邦側では提報者と呼ばれる。 第1巻から第8巻までは、この人物が登場人物のうちの誰であるのかを読者に伏せたまま物語が進行する。
地球連邦軍にアタラント3の移動先や内情を次々とリークし、内部から妨害活動を行うが、アタラント3側は内通者の存在を確信しつつも正体を掴みかねている。サフィラが捕虜となった際には逃亡を手助けしているが、地球連邦側もまた提報者の目的を掴みかねており、接触したサフィラからは自分たちの味方ではないという印象を持たれている。
その正体は、外科手術によってアゴスの脳へと植え付けられた裏の人格。本人の意志に関わらず必要に応じて裏の人格へと切り替わり、表の人格に自分自身が内通者であることを自覚させることなく、与えられた目的を遂行する。表の人格が喪失している過去の記憶を保持してる一方、感情を喪失しており、表出時には無表情になる。元々はアゴスが少年の頃、戦災での悲惨な体験から逃れるために志願して処置を受けたものだが、表の人格はそのことを覚えていない。

オルボ・マルシェフ

MS部隊「チームデルタ」の隊長。搭乗機はアルス・ジャジャ。

アンスガル・ゴロン、クラース・バッケル

「チームデルタ」に所属するパイロットたち。搭乗機はガズアル・グラウ（アンスガル）とガズエル・グラウ（クラース） 。
クラースは地球降下前のラー・ギルスに再潜入し、アゴスと共にミネバを奪還しようとしている最中、内通者の人格に切り替わったアゴスにより、アッグジンのクローで握り潰され死亡する。

エッべ

アタラント3の副長。

過激派（ザビ派）メンバー

リュース・クランゲル

声 - 坂本真綾
過激派を率いる少佐。搭乗機はダグ・ドール。少女のような容姿の幼い少年だが、本性は無邪気で無慈悲なサイコパス。ネオ・ジオン内ではコア3の撤退戦（『ΖΖ』最終話）で活躍した人物として知られる。グレミー・トトの生家であるトト家と並ぶ名家クランゲル家の出身で、自らの素性を「ジオンを継ぐために生まれてきた」「造られた人間」であると語り、家系に縛られるジオンを「旧公国由来の貴族ごっこ」と蔑みつつ、シャアに対抗できる「大衆受けのよいブランド」を欲している。
ムーンガンダムに敗れ宇宙を漂流していた部下のガットを、無様と評して処刑する。その後みずからムーン・ムーンに潜入して暗躍し、初対面のユッタに親しげに話しかけながら扇動し、戦士隊に監視されていたムーンガンダムを奪取させる。一方、ユッタからは、リュースの言うことは最初から嘘ばかりであることを見抜かれており、一時的な共闘の後にユッタと決別する。

ソロン

リュースを警護する第一世代型ハロベースのペットロボット。自分の名前である「ソロン」を口癖としており、改造前と同様に愛嬌もあるが、リュースの命令で人を殺傷するなど残酷な面もある。顔のツインアイはさまざまな映像や記号表示を映し出す大型円形モニターに変更され、情報伝達および通信機能が向上している。腕部を収納する上部左右のカバーは猫耳のような三角形状となり、腕部自体も手のひらにスタンガンを内蔵した3本指の多関節ラバーアームに変更されている。口のカバー内にはベアリング弾を射出するガス銃や移動用のスラスター、医療キットや食料を収納するサイドポケットが設けられている。
デザインを担当した形部一平は、リュースの小悪魔的なキャラクターを強調するために「魔法使いの使い魔的、なんだか魅力的で傍に置きたいんだけど寝首をかかれそうな緊張感が常にある感じ」というイメージを目指したと語っている。

シュランゲ隊

隊長のガット大尉（声 - 勝沼紀義）、部下のレフィ中尉（声 - 奈良徹）とマース中尉（声 - 岡井カツノリ）で構成される部隊。搭乗機はメドゥッサ。リュースに忠誠を誓い、決起を望んでいる。不慮の事態でムーン・ムーンにミネバの存在をさらしたアタラント3を見限り、ジェナロの更迭を告げると同時に機密保持のためにロンド・ベルやムーン・ムーンもろとも抹殺しようとする。しかし、ユッタのニュータイプ能力に呼応したムーンガンダムに壊滅させられ、生き残って敗走したガットもリュースによって用済みとして抹殺される。

イリア・パゾム

声 - 津田匠子
初出作品は『機動戦士ガンダムΖΖ』。ニュータイプ能力をもつ女性将校。『ΖΖ』本編では最終的に生死不明となっていたが、本作では生存しリュースの部下となる。

ダニー、デル、デューン

初出作品は『機動戦士ガンダムΖΖ』。第一次ネオ・ジオン抗争にて、MAジャムル・フィンを駆り活躍した「ジャムルの3D」隊のメンバーたち。本作ではイリアと同じく生存し、新たな乗機ギガッザムとともに過激派の一角を担う。

ブーデイン

過激派の母艦である戦艦グワーシャの艦長。

そのほかのネオ・ジオン軍人

フアン・マハロフ

ネオ・ジオン補給隊を指揮する少佐。かつてはドーベン・ウルフを駆っていた腕利きのMSパイロットで、リセと共にコア3撤退戦の折に取り残された子供たちを救い出した。その際に負傷して一度退役した身であり、その後は資源衛星パラオの教会で神父をしながら戦災孤児たちの面倒を見ていたが、軍の要請を受け現場復帰する。リセたちアタラント3の主要メンバーとは旧知の仲で、「ファザー」と呼び慕われている。
アゴスの素性に疑念を抱いており、内通者がアゴスであることと、彼に施された人格植え付けの手法を突き止めるが、内通者としてのアゴスの反撃を受けて負傷。アタラント3のメンバーにアゴスが内通者であることを伝えた後、大気圏に突入中のミネバとアゴスを救うためにアッグジンで飛び出し、ミネバが乗っているアッグジンをムーンガンダムに託す。その後にアゴスの洗脳を解くべく通信を送り「君は悪くない。神の御名において貴方を赦します」と告げた後、アゴスのアッグジンを蹴り飛ばして地球の引力圏から脱出させるが、自身は脱出不能になり機体とともに燃え尽きる。

シャア・アズナブル

初出作品は『機動戦士ガンダム』。過去にジオン公国のエースとして頭角を現し、現在はネオ・ジオン軍総帥の地位にある。地球の南極で自身の専用機・サザビーの試験を行っていたところ、地球に降りてきたムーンガンダムと遭遇。武装解除を拒否し抵抗したユッタを無力化し、基地に拘束する。

ナナイ・ミゲル

初出作品は『機動戦士ガンダム 逆襲のシャア』。ネオ・ジオンのニュータイプ研究所の所長で、物語開始前となるアタラント3の出航直前に、ミネバの護衛としてアゴスを派遣した人物として言及される。アゴスに特殊な強化人間処置を施した人物であり、内通者の回想では『逆襲のシャア』の登場人物であるギュネイ・ガスと共に登場する。

ギュネイ・ガス

初出作品は『機動戦士ガンダム 逆襲のシャア』。本作ではシャアやナナイとともに南極でサイコフレームの試験を行っており、サイコプレートが搭載された「サイコバウ」を乗機としている。

『機動戦士Ζガンダム』に登場した組織。

ルオ・ウーミン

ルオ商会会長で、ミシェルの義父。

ステファニー・ルオ

初出作品は『機動戦士Ζガンダム』。ルオ商会の社長。

ミシェル・ルオ

初出作品は『機動戦士ガンダムNT』。ルオ・ウーミンの次女（養子）。

ブリック・テクラート

初出作品は『機動戦士ガンダムNT』。ルオの指示で長年ミシェルの秘書を務める青年。