《大决战！超奥特曼八兄弟》的故事发生在一个与现实世界平行的横滨市。主人公大古是一名普通的公务员，在横滨市观光课工作，他从小憧憬着《奥特曼》中的英雄形象，梦想成为宇宙飞船船长。他的朋友飞鸟曾是立志成为职业棒球选手的少年，如今在横滨体育场当球童，女友阿良一直支持着他。另一位伙伴我梦则怀着"开发大古梦想中的宇宙飞船"的理想，与敦子一起在横滨MaliTime博物馆实习。 　　某天，为追击穿越时空的怪兽格斯拉王，梦比优斯奥特曼突然出现在横滨港。他是唯一知晓这个世界即将面临危机的引导者。一位神秘的红鞋少女告诉梦比优斯："必须让七位勇者觉醒，共同对抗侵略者"。与此同时，曾在《赛文奥特曼》中登场过的强敌庞敦王也出现在山下码头，危机逐渐逼近。 　　大古、飞鸟和我梦三人重逢，畅谈儿时梦想与未来。而曾经的其他奥特曼人间体——早田、团、乡、北斗——如今也只是普通人，各自组建了幸福家庭。然而，曾在《迪迦奥特曼》中登场过的怪兽希尔巴贡和哥尔德拉斯以强化形态复活，这些与时空相关的怪兽出现暗示着更大的阴谋。在与梦比优斯（化名"未来"）交谈时，大古回忆起童年见过的红鞋少女，这让他对自己的使命产生了新的认知。 　　当地狱星人超级希伯利特星人现身，将梦比优斯变成青铜像准备毁灭城市时，奇迹发生了——大古变身为迪迦奥特曼登场。这标志着平成系与昭和系的奥特英雄们即将在这个世界集结，展开一场跨越时空的史诗决战。随着更多熟悉怪兽的回归和神秘红鞋少女身份的揭晓，八位奥特兄弟将共同面对前所未有的挑战，守护两个世界的和平。