De film gaat verder waar Evangelion 1.0 stopte: de paramilitaire organisatie NERV verdedigt de wereld tegen de terugkeer van de Angels, maar de voortdurende oorlog begint zijn tol te heffen. Shinji Ikari's relatief plezierige leventje krijgt een wending als een nieuwe groep Evangelion pilots, waarbij de roodharige Asuka Langley Shikinami, hem en Rei Ayanami komen bijstaan. Misato Katsuragi heeft ondertussen te kampen met oude vlam Ryoji Kaji, die aan NERV is toegevoegd met een speciale missie. Vanwege hun verschillende agenda ontstaan ook spanningen tussen NERV Commander Gendo Ikari en de mysterieuze organisatie SEELE.