紀元前6.5億年前
恐竜人（レプタイト）と呼ばれる爬虫類から進化した種族が地球を支配しており、支配者であるアザーラは人類を撲滅することを決意する。
クロノとその仲間が、ドリームストーンを探して古代にワープしてくる。原始人の首長アイラはクロノと協力してアザーラを撃破する。
宇宙から生命体ラヴォスが アザーラの城に衝突。氷河期が到来し、恐竜人は滅亡する。ラヴォスは地球の核に潜り込み力を溜める。人類は繁栄し地球を支配する。
クロノ・トリガーの世界から 世界が分裂し 恐竜人が殺されなかった世界線が生成される。レプタイトは空飛ぶ巨大都市 “ディノポリス “を建設する。
魔法都市ジール
人類はドリームストーンと魔法を発見して魔法都市ジールを作る。ジールではタイムトラベル技術やロボット工学などのハイテク研究が進む。
魔法都市ジールの女王に2人の子供が生まれる。サラと 後の魔王ヤヌス。魔法都市ジールではラヴォスのパワーを夢見る宝石ペンダントに貯めることに成功する。 ペンダントは時空を転移させる強力な力があるため 魔力の高いサラが管理・制御することになる。
魔法都市では 女王が眠れるラヴォスを呼び起こし、この世のすべてを自分のものにしようとし始める。女王は魔神器を使ってラヴォスを復活させる。クロノは単騎で自爆して撃破する。
クロノの自爆で 魔法都市が崩れ始めたので サラはマールたちをワープさせて逃がす。サラは魔法都市の爆発に巻き込まれて行方不明となる。
後々 マールはクロノを復活させるために、クロノが自爆した瞬間にワープし 人形と入れ替えてクロノを救出する事になる。
クロノクロス前夜
魔法都市が崩壊したときに、サラは次元の渦に巻き込まれラヴォスと一体化して「時食い」に進化する。
同じく 渦に飲まれたジール王国の理の賢者ガッシュはAD2300年の世界に不時着する。ガッシュはクロノポリスという研究所を作った。研究所ではラヴォスの破片を動力源に使っていた。
その破片は「凍てつく炎」と呼ばれていた。ガッシュはフェイトというコンピューターを作り、調査の過程で サラがラヴォスに取り込まれたことを知る。
サラが時食いに 完全に飲み込まれてしまえば 全ての時空を破壊されてしまうため、ガッシュはサラを救出するために計画を練る。
ガッシュはクロノポリスが時間をコントロールできるようにする実験を行った。計画では 1010年あたりにタイムトラベルできれば サラの事故を防げるはずだった。
ところが この実験は失敗する。結局 ラヴォスは魔神器で復活する事になる。
この時 目覚めたラヴォスはクロノポリスを邪魔するために歴史を改変することにする。ラヴォスは ラヴォスが落ちてこなかった世界線からディノポリスを持ってきて、クロノポリスも同じ世界に送り込む。2つの都市は戦争を始める。
最終的にクロノポリスが勝利し「凍てつく炎」の力でディノポリスの龍神を6つの龍に分割し制御する。ディノポリスの残骸は海に沈み、天竜島や水竜島等になる。
クロノポリスは戦争が終わったあと エルニド諸島を作成して そこでクロノポリスの住人やディノポリスの生き残りが生活することになる。ディノポリスの生き残りは起動すると魔法が発動する装置（エレメント）を作り出す。
同時期に「ドラゴンの涙」と呼ばれる装置も作り出す。ディノポリスの生き残りは徐々に滅び、人間と恐竜人の間の子として亜人が残る。
フェイトは暴走し、人間の行動を制限管理するようになる。
クロススタート
西暦1003年、セルジュが生まれ、西暦1004年 キッドはサラによって自分のクローンとして作られる。キッドはガッシュの計画に従ってエルニドの世界に送り込まれた。
キッドはルッカに拾われ、孤児院だったルッカの家で育つ。西暦1006年、セルジュが3歳の時豹の魔物に襲われ重症を負う。セルジュを助けようと、父ワヅキは友人ミゲルと一緒に「凍てつく炎」のあるクロノポリスに向かう。
セルジュの泣き声を聞いたサラはセルジュを救うために、巨大な磁気嵐を起こし、クロノポリスの防衛システムを停止させる。セルジュは “凍てつく炎 “で治療を受けた。やがて防衛網が復旧し、セルジュとワズキは脱出したが、ミゲルは拘束されてクロノポリス内部に閉じ込められる。
セルジュが「凍てつく炎」に接触したことで「調停者」となった。ガッシュの計画で、凍てつく炎へのアクセスを制限する「プロメテウス回路」によって、セルジュだけが氷の炎にアクセスできるようになった。
セルジュがアクセス権を得たことで フェイトとクロノポリスは締め出された。フェイトにとって凍てつく炎は動力源であるため、フェイトはワヅキを操ってアクセス権を取り戻そうとする。
一方 クロノポリスが停止している間に、6つに分割された龍神たちは一時的に集まって、7番目の龍神ツクヨミを作る。
西暦1010年 フェイトはセルジュの父を操って セルジュを溺れさせて殺させる。しかしアクセス権は生体認証が必要だったので フェイトの元には戻らなかった。
父であるワヅキはヤマネコに変化する。その後ツクヨミは「凍てつく炎」に近づくためにヤマネコに接近する。
時は流れ、西暦1015年、フェイトはルッカを探し出し、「凍てつく炎」の使用を妨げているプロメテウス回路を停止させようと試みた。ルッカの孤児院は焼失し、何人かの子供たちが殺されたと思われる。
キッドは難を逃れ、ルッカは行方不明となる。ルッカは「凍てつく炎」のロック解除を拒否したために殺されたのだろうと思われる。
世界が分岐
ガッシュの計画でキッドはセルジュを救うために1010年にタイムスリップし、その時に新たな次元が誕生した。本流は「アナザーワールド」と呼ばれ、セルジュが生存する新しい世界は「ホームワールド」と呼ばれることになる。
ホームワールドの未来は ラヴォス復活での破滅が予定されている。1020年アナザーワールドにいたキッドは セルジュを次元を越えさせて呼び寄せる。キッドはセルジュと一緒に旅を進める。
ヤマネコは 凍てつく氷にアクセスするためにセルジュの体を必要とし、セルジュを捕らえて体を入れ替えようとしている。
プロメテウス回路は調停者しか入れず、生体認証をパスしなければならない。最終的にヤマネコはドラゴンの涙を使い、セルジュと体を入れ替える。
ヤマネコとそれを操るフェイトは再び凍てつく炎にアクセスできるようになった。フェイトと対抗するために セルジュたちは龍神たちの力を得る。
セルジュは「竜の涙」を使って肉体を取り戻す。セルジュはやがてクロノポリスに辿り着き、フェイトと戦うことになる。
フェイト撃破後
フェイトを倒したものの、龍神たちが協力してたのは 自分たちを制御していた「凍てつく炎」を取り戻すためだった事が明らかになる。
フェイトの制御が外れた龍神たちは、1つの龍神になり、クロノポリスから「凍てつく炎」を盗み出す。ディノポリスは天竜島から隆起し、テラタワーを形成する。
セルジュはテラタワーに向かい竜神を倒すものの、竜神は時食いの仮の姿であることが分かる。時食いは時を止めて 無から世界を再生し、ラヴォスの敗北を無かったことにしようとする。
ガッシュは、すべての出来事は、セルジュが時食いと戦い、サラを解放するために行われたと説明する。セルジュはドラゴンの涙の欠片からクロノ・クロスを作る。
それは次元を一つの系統に戻し、サラをタイムトラベルから解放するアーティファクトである。
セルジュは時喰いと対決し クロノクロスを用いてサラを解放する。これでホームとアナザーの次元も統一された。
クリア後の世界
世界が統合された結果、ここまで一緒に冒険をした仲間ともお別れになる。セルジュや仲間は冒険の記憶を全て消失する。
サラとキッドは合体したと見られ、全く別の次元に飛ばされたようである。
サラ（キッド）は セルジュと再開すべく時空を旅したと思われる。クロノクロスの 最後では セルジュの居住地の近くかと思われる浜辺に たどり着いたところでエンディングになっている。