『ロボット・アクション!!×学園ラブコメ!?』をテーマとした異世界ファンタジーアニメ。当初『聖機師物語（仮）』や『天地無用!聖機師物語（仮）』の仮タイトルで梶島正樹が『天地無用! GXP』以前から構想していたアニメ企画であり、ジェミナーと呼ばれる異世界を舞台としながらも梶島ワールドの世界観が反映され、『天地無用!』シリーズをはじめ『フォトン』や『デュアル!ぱられルンルン物語』など一連の作品の設定が組み込まれている。

アニメ情報を掲載する『聖機師んぶん』を第0号から第4号まで発行し各誌で掲載、2009年4月にはフリーマガジン『聖機Zinn 〜異世界の聖機師物語まるわかりガイドブック〜』も発行している。

2009年4月22日より音泉でパーソナリティ下野紘によるインターネットラジオ『こちら聖機師放送局!』が放送、DVD特典としても収録されている。

『月刊ComicREX』2009年7月号より、ばう作画によるコミック版が掲載された。

空気中のエネルギー「エナ」を利用した技術「亜法」によって文明を支える異世界ジェミナー。各国同士の覇権争いは続いているが、主な軍事力となる亜法動力で稼働する人型兵器「聖機人」は、それを供与する教会によって所有数を管理されているため、辛うじて均衡を保っていた。しかし、この世界に召喚された少年柾木剣士によって、今歴史が大きく動こうとしていた。

大国・シトレイユ皇国の王が急死し、わずか12歳で皇位を継いだ姫王ラシャラ・アース二十八世。剣士は彼女の暗殺を狙う一派に捕らえられ、元の世界に帰す条件として、彼女の暗殺を命じられる。そして戴冠式を終えたラシャラを仲間のドールと共に襲撃し、圧倒的な力で護衛のキャイアやワウワンリーを蹴散らすが、慣れない実戦のために激しい亜法酔いで力尽きてしまう。今度はラシャラ達に捕らえられた剣士だったが、剣士が異世界人であることや、脅されていたことを知ったラシャラは彼を保護し、従者として迎え入れた。

そして各国の王侯貴族、聖機士達が集う「聖地学院」に足を踏み入れた剣士は、自らに聖機師の才能がある事実を隠しながら、異世界での生活を開始する。ラシャラの勧めで（元の世界に返るための）資金調達と情報収集のため学園の雑事をこなす職務に従事。多彩な才能を披露する中で学園長の目に止まった剣士は彼女の推薦を受け、生徒として学園に通うことになる。さらにラシャラの推薦によって生徒会にも入ったことで学園の注目の的となり、キャイアの姉で教師のメザイア、ラシャラの従姉妹のマリアとその従者のユキネ、シュリフォン王国の王女アウラや、生徒会長のリチアなど数々の美女からも気に入られ、騒がしい学園生活を送ることとなる。

そうした中、学園の娯楽の一環として行われた競武大会の場において、シトレイユ皇国の宰相ババルンが聖地へと攻めこんでくる。鉄壁の要塞としても知られる聖地だったが、ババルンは弟のユライトや息子ダグマイヤが懐柔した男子生徒や山賊共を使い、内側から聖地を制圧していく。だがババルンの目的は要人ではなく、聖地に保管されている古代兵器「聖機神」と「ガイアの盾」を手に入れることだった。剣士は聖機人で敵を殲滅するが、メザイアがもう一つの人格であるドールへと変身して聖機神に搭乗、ガイアの盾諸共に奪われてしまう。

援軍に現れたマリアの母フローラの助けによって聖地を脱出した剣士達は、キャイアの父ナイアからの情報を頼りに、結界工房へと向かう。途中、シュリフォン王国の関所によって足止めを食らうが、アウラの父シュリフォン王にも気に入られ、協力を得ることに成功する。その頃ババルン達は、各地の教会に設置されていた転移ポートを利用して各国を制圧していった。教会のレイアを加えた剣士達はハヴォニワ国にたどり着き、フローラ達と再開を果たす。ババルン軍への対策会議が行われ、国を失ったラシャラに対して剣士の所有権が問われる。皆が「剣士の意思を尊重する」と述べる中で、涙を流して「行かないでほしい」と懇願するラシャラの姿を見た剣士は、自分の国を創ることを思いつく。

ラシャラの船「スワン」を「ある時払いの催促無し」で購入した剣士はスワンを領土とした「剣士の国」建国を宣言し、自由航行権を主張。剣士の国の独立は各国から認められ、ババルンによって国を追われる身となったラシャラ達は剣士の国へと亡命する。その後、ようやく結界工房へとたどり着いた剣士達は、過去の歴史の真実を知る。聖機神は元々高度に発達した先史文明における競技用の人型機械であった。しかし開発競争が激化する中で、聖機神の最強の乗り手となるべく最適化された人造人間まで創り出された。しかし、後に聖機神に乗った人造人間達が暴走し、先史文明は崩壊寸前まで追い込まれた。現存する聖機神はその戦いの中で残った一体であり、当時その一体を倒すために創られた3体の人造人間のうちの一人がドールだった。後にドールは封印され、長い時を経てナウアに発見され、娘メザイアとして育てられた。

その時、結界工房はババルン軍に攻めこまれ、スパイだったレイア（ネイザイ）に人造人間の中核となるコアクリスタルを初期化する装置も盗まれてしまう。ドールを倒す術を失った剣士たちは、ガイアの盾に対抗するための武器を探してユキネの村に向かい、そこに祀られている巨岩「天地岩」を亜法によって圧縮した超重力の大剣「天地剣」を作り出す。聖地攻略戦への準備が進む中、剣士の前にメザイアが現れ、彼女の口から剣士が人造人間と異世界人のハーフであることが明かされる。人造人間を操る術を知っているババルンは、その血を引く剣士を操ろうとするが、剣士は命令を跳ね除けた。そして、シュリフォン・ハヴォニワ・教会の連合軍と、ババルン軍との戦いが始まる。

連合軍は物量だけではなく、様々な奇策を使い、ババルンに制圧された聖地を攻略していく。連合軍が攻勢を高める中、パワーアップした剣士の聖機人とドールの聖機神が互角の戦いを繰り広げるが、業を煮やしたババルンは聖機神とガイアの盾と融合し、真の聖機神の力を解放する。聖機神ガイアの防御能力の前に戦いは熾烈を極め、剣士も追い詰められるが、天地剣が耐久限界を超えた瞬間、突如「光の剣」と化す。それでもガイアを倒すまでには及ばず苦戦が続くが、剣士はキャイアの懇願によって一時的に光の剣の力を圧縮。圧縮された光から一瞬だけ生み出された「光鷹翼」により、ガイアと一体化したババルンを切り裂いた。ドールを助け出した剣士の前に、なおも立ちはだかるババルンだったが、そこに現れたユライトが、ネイザイが盗みだした装置を使い、ババルンのガイアのコアを初期化した。ユライトは昔遺跡から発見されたコアクリスタルを父によって埋めこまれたことで、ドールと同じ人造人間の一人ネイザイと人格と入れ替わるようになっていた。そして今まで、元凶たるガイアを倒すチャンスを待っていたのだった。

ババルンが倒され、ようやく世界に平和が戻った。しかし今度は、聖機師達の憧れの的となった剣士の結婚権を巡る女の戦いが始まってしまう。 そんな展開が始まろうとする中、裏のどこか知らない場所で、自己保身の為にダグマイアを捕えようと企むランの背後に、ナイフを持ったエメラが迫ったのだった……。

• 原作・総監修 - 梶島正樹
• 監督 - 吉川浩司
• シリーズ構成 - 白根秀樹
• キャラクターデザイン原案 - エナミカツミ
• イメージボード - 脳髄
• キャラクターデザイン・総作画監督 - 渡辺はじめ
• メカデザイン - 鷲尾直広
• プロップデザイン - 里大樹、松本昌子、小川浩
• メインアニメーター - 川村幸祐、松田宗一郎、石本英治
• 美術監督 - 井上京
• メイン美術設定 - 須江信人
• 色彩設計 - 松山愛子
• 撮影監督 - 大前亮介
• 編集 - 右山章太
• 音楽 - 多田彰文
• 音響監督 - 渡辺淳
• プロデューサー - 植田泰生、太田昌二、松嵜義之
• アニメーション制作 - A.I.Cスピリッツ/BeSTACK
• 製作・著作 - VAP

各話は前篇後篇の2部構成となっている。