ウルトラマンコスモスは、何らかの原因で暴れ出した怪獣と戦うが、殺傷せずに怪獣を無害化して保護する。怪獣が暴れる理由については、怪獣を偏見の目で見たり、頭ごなしに敵視する人間側のいたずらな攻撃や、怪獣に取り憑いて凶暴化させるカオスヘッダーという敵役が設定された。また、当時人気を博していたポケットモンスターシリーズの影響も指摘される。プロデューサーの渋谷浩康は、高い年齢層に設定していた平成ウルトラシリーズ映画作品での動員の主流が予想よりも低年齢であったことを踏まえ、子供の目線を意識した慈愛のウルトラマンを設定したとしている。怪獣をむやみに倒さない優しいウルトラマンは、怪獣を倒すカタルシスがないと批判するウルトラシリーズのファンも存在した一方で、作品の主な視聴者である未就学児童とその親に概ね歓迎された。
本作品終了直後にバンダイ（バンダイナムコグループを含む）の村上克司が定年退職しており、アニメ特撮作品を含み村上のバンダイナムコグループ在籍時最後の映像コンテンツ作品である。
ストーリー.
ある日、宇宙から光る物体が飛来し、保護区域にいた怪獣リドリアスに憑依。リドリアスは禍々しい姿に変貌し、暴れだした。SRC宇宙開発センターのパイロット候補生となっていたムサシはリドリアスを助けようとして窮地に陥るが、ウルトラマンコスモスに助けられた。
主な登場人物.
SRC職員.
その他の登場人物.
ウルトラマンコスモス.
事件解決後、宇宙に帰るが、カオスヘッダーが地球に出現した際に再び地球に現れ、ムサシと一体化する。
いくつかのモードを使い分けるが、テレビシリーズでは怪獣の沈静化を目的とするルナモード、邪悪な敵を倒すコロナモード、ルナとコロナの両方を併せ持つエクリプスモードが主に登場する。
また、コロナモードやエクリプスモードにモードチェンジすると掛け声が野太く力強いものに変わるのも特徴である。
コスモスのデザインはモードチェンジによって（ルナ・コロナ・エクリプスでは）頭部デザインまで変わる。
また、エクリプスモードはカラータイマーの外部が金色に変化している。
主人公ウルトラマンとしては初めて基本形態のカラーリングが青であった。