在距离地球极其遥远的星空界中央，坐落着神圣的星之神殿，十二位分别象征十二星座的星之公主共同守护着宇宙平衡。然而，一场突如其来的袭击打破了宁静，星之公主们被神秘敌人变成十二支“公主星光彩色笔”，并散落到宇宙各处。若无法及时找回她们的力量，星球将走向毁灭，地球乃至整个宇宙也可能被黑暗吞没。
星空界流传着这样一则传说：当群星的光芒消失之际，与闪耀之书一同诞生的传说战士——光之美少女，将重新夺回星辰的光辉。来自星空界沙曼星的外星少女拉拉、侍奉星之公主的宇宙妖精普伦斯，以及星之公主们最后诞生的希望芙娃，遵循这段古老传说离开故乡，踏上了寻找光之美少女的旅程。
与此同时，在地球日本的观星町，中学二年级女生星奈光正沉浸于自己热爱的宇宙与星座之中。一天，她在观测星空、记录星座时，突然被从虫洞中跃出的神秘生物芙娃撞上。第二天，一艘从天而降的火箭又带来了外星少女拉拉和宇宙妖精普伦斯。原本只存在于想象中的外星人，竟真实出现在星奈光眼前，一场围绕星辰与光之美少女的冒险就此展开。
