世界を襲った謎の機械細胞群「ワーム」は、人類軍の最終破壊兵器により壊滅した。しかしその代償は大きく、地球の陸地の50%以上が水没した。そして3年後、殲滅したと思われていた敵の群体が、ミッドウェイ沖にて確認される。

真偽を確認するため、現場へと向かう1隻の航空巡洋艦「攻龍」。そして「攻龍」に搭載された対ワーム専用戦闘兵器、飛行外骨格「ソニックダイバー」。桜野音羽、園宮可憐、一条瑛花の3人は、人類の未来と希望を乗せ、ソニックダイバーで大空を駆る。

西暦2074年。3年前に世界を襲った謎の機械細胞群「ワーム」により人類は人口の3分の1を失うものの、人類軍の最終破壊兵器により壊滅した。

それから10年の年月が過ぎた。桜野音羽、園宮可憐、一条瑛花の3人は神奈川県横須賀市追浜の基地に集められる。そこで目にしたものは今までの戦闘概念を根本から覆す新兵器、飛行外骨格「ソニックダイバー」であった。ワームとの戦いでの負傷によりパイロットを引退した冬后蒼哉中佐の下、ソニックダイバーパイロット候補生として3人の訓練の日々が始まる。しかし危機は迫っていた。10年の時を経てワームが復活したのである。桜野音羽、園宮可憐、一条瑛花の3人は、人類の未来と希望を乗せ、ソニックダイバーで大空を駆る。

対ワーム用の兵器として（表柄は人命救助などの平和利用目的として）、日本海軍の全く新しい設計思想に基づいて開発された人型飛行戦闘兵器。正式名称は「飛行外骨格 ソニックダイバー」。周王紀里子博士を中心に開発し、10年をかけて試作機の運用にこぎ着けた。
動力は小型核融合炉である。スラスターは脚部、機体後部に備わり、兵器の特性上、空中静止能力とVTOL機構を備える。機体の軽量化を進めた結果、マッハ2を超える超音速飛行が可能となり、従来の戦闘機などを圧倒する機動性、高速性を持つ。
機体の迎角などの外部情報はターミナルデヴァイスが映写する擬似HMDに表示される。戦闘機のようなグライダー形態での高速巡航時にとるG（グライダー）モード、強化外骨格形態でワームとの戦闘時にとるA（アーマード）モード、パイロットの死亡、シンクロ率の低下などにより、手動操作が不可能になった場合に着陸などを行う、自律行動状態のAS（オートマティック・ソルジャー）モードの三つのモードに変形する。
生体同期システムを応用しており、パイロットの意思通りの操縦が可能だが、運用にはDNAレベルでの適合が必要なので、パイロットごとに適応するタイプを製造する必要があり、実験段階では量産性があるとは言えないのが現状である。勿論、何らかの原因でパイロットとのシンクロ率が不安定になった場合、操縦不能に陥り墜落する危険性も兼ねている。
ナノマシン装甲により、単純な装甲の軽微な損傷ならば自己修復が可能である。
パイロットは「モーションスリット」という飛行服を着用し、特殊な装置「スプレッドブース」に入って「ナノスキンジェル」の塗布を受け、身体をソニックダイバーシステムに最適化しなければならない。ナノスキンジェルは超音速飛行時のパイロットを空気摩擦や風圧、気圧変化など一定の衝撃、環境変化から守る役目を果たしている。また、ソニックダイバーシステムとの連動性能に影響を及ぼさないよう、厚さは1.5mmまでになっている。
機体の軽量化の為、グラスキャノピー機構が無く、パイロットが直接外気に晒される結果、戦闘ではパイロットへの被弾が許されない上に機体の装甲が限界まで軽量化されているため、人命に対するリスクが極めて高いと言える。さらには、僅かな重量差が挙動に影響を及ぼすため、パイロットの体重が50kg以下に制限されているなど、パイロット候補が限定されてしまうことも兵器としての汎用性を低下させている。
これら運用条件の極端な制約、機体の維持費用の高騰化などにより、軍の中ではソニックダイバーの兵器としての有用性を疑問視する声もある。現在、日本で生産されたGシリーズ（God＝神）「零神」「風神」「雷神」の試作機3機が登場、第13航空団が運用を前提として、日本海軍追浜試験場にて試験飛行を繰り返している。

余談として、DVDに封入されているライナーノートには最終話で瑛花が教官を務めるソニックダイバーレスキュー隊の面々に、「SKYGIRLS ImaginaryFlyers(＝架空に飛ぶ者たち)」として彼女達専用である架空のソニックダイバーが描かれている。

統合人類軍によって開発された、最新鋭の次期主力戦闘機。パイロットは飛崎陣らビックバイパー隊。ソニックダイバーのように、特別なパイロット適性は必要ないため、主戦力としての量産化が期待されている。動力は小型核融合炉である。主な武装はプラズマレーザー砲。物理攻撃から一時的に機体を守るフォースフィールド発生装置を装備している。コナミ往年の名作シューティングゲーム『グラディウス』シリーズからのスピンオフ登場。いわゆる「オプション」などの特徴的な装備もそのままである。ただし、『グラディウス』シリーズと本編との設定上の直接の繋がりは無く、コラボレーション企画としてゲームと同じモチーフが本編の設定に組み込まれているという位置づけである。

日本海軍の航空巡洋艦、特務艦113号。ステルスタイプのイージス巡洋艦である。少人数で運航できるように設計されている。全くの新造艦ではなく、同型の巡洋艦をソニックダイバー運用のために内部改造されている。艦橋下部にソニックダイバー用の格納庫があり、ソニックダイバーの出撃時はリニアカタパルトで射出する。動力はソニックダイバーと同じく小型核融合炉である。

• 原案 - 熊坂省吾
• キャラクター原案 - 島田フミカネ・黒星紅白
• 監督 - 岩崎良明
• キャラクターデザイン・作画監督 - 岩倉和憲
• コンセプチュアルメカデザイン - 島田フミカネ
• メカデザイン - 横田耕三
• 絵コンテ - 山川吉樹
• 演出 - 鈴木洋平
• 美術監督 - 廣瀬義憲
• 色彩設計 - 石田美由紀
• 撮影監督 - 丸茂力也
• 編集 - 西山茂
• 音楽 - 光宗信吉
• 音響監督 - 明田川仁
• プロデューサー - 松倉友二、熊坂省吾
• アニメーション制作 - J.C.STAFF
• 製作 - コナミデジタルエンタテインメント

• 『スカイガールズ 碧空来同編』
• 原案 - 熊坂省吾／著者 - 蕪木統文／イラスト - 島田フミカネ、J.C.STAFF
• OVAと同時に、コナミノベルスより発売された。OVA版より前の時期の話で、小説版オリジナルキャラクターも登場する。ソニックダイバー隊の結成から、音羽達がスカウトされて訓練を行う様子などが描かれている。テレビアニメ版とは同時期を書いているが、OVA版準拠のため一部設定が異なる。
• 『スカイガールズ 星空血戦編』
• テレビアニメ版とは別の展開で攻龍が出港。エリーゼとの合流を経て超巨大ワームとの戦闘に挑む。

原案 - 熊坂省吾／著者 - 蕪木統文／イラスト - 島田フミカネ、J.C.STAFF
OVAと同時に、コナミノベルスより発売された。OVA版より前の時期の話で、小説版オリジナルキャラクターも登場する。ソニックダイバー隊の結成から、音羽達がスカウトされて訓練を行う様子などが描かれている。テレビアニメ版とは同時期を書いているが、OVA版準拠のため一部設定が異なる。

テレビアニメ版とは別の展開で攻龍が出港。エリーゼとの合流を経て超巨大ワームとの戦闘に挑む。

• スカイガールズアートワークス（2006年9月、コナミデジタルエンタテインメント） ISBN 4-86155-814-X - 設定資料集。

• 原案 - 熊坂省吾
• キャラクター原案 - 島田フミカネ・黒星紅白
• 監督 - 岩崎良明
• キャラクターデザイン - 岩倉和憲
• サブキャラクターデザイン - 木本茂樹
• コンセプチュアルメカデザイン - 島田フミカネ
• メカデザイン - 明貴美加
• ワームデザイン - 石垣純哉
• メカ / ワーム作画監督 - 岩瀧智
• プロップデザイン - 飯塚晴子
• 美術監督 - 鈴木朗
• 色彩設計 - 石田美由紀
• 撮影監督 - 岩井和也
• 編集 - 西山茂
• 音楽 - 光宗信吉
• 音響監督 - 明田川仁
• プロデューサー - 富田陽一郎、井出美恵、佐藤久暢、松倉友二
• アニメーション制作 - J.C.STAFF
• 製作 - コナミデジタルエンタテインメント、ジェネオンエンタテインメント、ムービック

『釣りバカ瑛花さん スカイガールズ ダイナマイトフィッシング』（つりバカえいかさん スカイガールズ ダイナマイトフィッシング）は、『スカイガールズ』のTVシリーズDVDの映像特典として制作された新作短編アニメーション。全9話。ストーリーはほぼ本編に関係なく、釣りをテーマにした（時には釣りからも脱線した）ギャグエピソードとなっており、『釣りバカ日誌』や『釣りキチ三平』のパロディも含んでいる。この作品ではソニックダイバー隊は普段からモーションスリットを着用している。

なお2015年発売のパチスロ機『スカイガールズ〜ゼロ、ふたたび〜』公式サイトにおいて、同年8月28日より全3話から成る新作ウェブアニメが配信されている。このうち1本は『スロバカ瑛花さん スカイガールズ ダイナマイトスロッティング』のタイトルになっており、下述の「釣りバカ」キャラも「スロバカ」に変更された上にキャラ全員が（パチスロの遊戯可能な）18歳以上の設定になっている。

※パチスロ版特別編の話数は表記がなく、便宜上「P(=パチスロ）n話」とする。

話数 サブタイトル 脚本 絵コンテ 演出 作画監督 1 激闘！鮎釣り大会 杉原研二 錦織博 浅野勝也 - 2 爆釣！ムツゴロウ釣り！ 川上哲也 3 磯決戦！メジナ釣り！ 上田繁 梶谷光春 4 驚異！ピラニア釣り！ 中山由美 5 在来種を守れ！バス釣り大会！ 木下由美子 6 エビでタイ釣るクロダイ釣り！ 小宮素直 7 鯛はキツイぞ！ジリ貧 真鯛釣り！ 木本茂樹 8 天ぷら、唐揚げ、時にスケート！氷上のワカサギ釣り！ 9 捨てる部分は一つもないぞ！大海原の大決戦クジラ！ P1 「グルクン編」美味トロピカル グルクン釣り! 高島大輔 P2 「ドクターフィッシュ編」魅惑のドクターフィッシュ! P3 「スロバカ編」炎のバージンズハイ!

発売元は、コナミデジタルエンタテインメント。販売元は、ソニー・ミュージックディストリビューション（現：ソニー・ミュージックマーケティング）

• キャラクターミニアルバム1「桜野音羽（川澄綾子）&エリーゼ・フォン・ディートリッヒ（辻あゆみ）」 - 2007年10月24日発売
• キャラクターミニアルバム2「園宮可憐（後藤沙緒里）&一条瑛花（伊藤静）」 - 2007年12月12日発売
• オリジナルサウンドトラック - 2007年12月19日発売
• キャラクターベストアルバム - 2008年1月23日発売

• 2007年12月よりiアプリ用としてシミュレーションゲーム（前編）が、コナミネットDXにて配信されている。
• 2008年2月からS!アプリ版も、10月からは、BREW版も配信を開始した。
• テレビアニメ版のストーリー・設定・イラストを利用しているが、主人公として美空秋人というオリジナルキャラクターが冬后の補佐として登場、実質的にソニックダイバー隊を指揮することとなり、テレビアニメの世界とはパラレルワールド状態になっている。
• 日常は恋愛シミュレーションゲームのシステムで話が進み、ソニックダイバー隊の戦闘時には、ウォー・シミュレーションゲームのシステムで、美空（主人公）が指揮官として、ソニックダイバー隊を操作する。

• 2008年2月からS!アプリ版も、10月からは、BREW版も配信を開始した。

講談社の「月刊マガジンZ」2007年10月号（8月25日発売）より連載開始。原作はコナミデジタルエンタテインメント。作画は大関詠嗣。単行本全1巻が2007年12月に発売。1月号まで連載され全4話。単行本では登場人物の顔を中心に多少の修正が加えられている。

• スカイガールズ〜よろしく!ゼロ〜（2013年、高砂電器産業）
• スカイガールズ〜ゼロ、ふたたび〜（2015年、高砂電器産業）
• スカイガールズ〜ゼロノツバサ〜（2020年、コナミアミューズメント）