初参戦作品は『THE END OF EVANGELION』・『超時空要塞マクロス』・『超時空要塞マクロス 愛・おぼえていますか』・『マクロスプラス』の4作品。DC版ではさらにゲーム『サンライズ英雄譚』のオリジナル作品『機甲世紀Gブレイカー』が追加、ゲーム作品からの初参戦作品となる。また、隠しユニットとして『機動戦士ガンダムF90』からガンダムF90Vが登場。オリジナルロボットのマジンカイザーも、『F』に引き続き登場する。『超時空要塞マクロス』と『超時空要塞マクロス 愛・おぼえていますか』でキャラクターや機体の設定が異なる場合、主に後者の設定が採用されている。また前記2作から30年後のストーリーである『マクロスプラス』も、本作では同時系列として扱われる。元々『マクロスプラス』は『第2次α』から登場させる予定だった。多数登場するガンダムシリーズの宇宙世紀作品は、『機動戦士ガンダム』のみが過去の出来事とされている。ただし原作とは違いソロモン攻略戦の途中で休戦となっているため、ザビ家のキャラクターが登場。また、原作ではソロモン攻略戦より前に死亡しているランバ・ラルや黒い三連星なども生き残っているが、逆にソロモン攻略戦時には生存しているララァ・スンが故人となっているなど、異なる部分も多い。また、シャア・アズナブルは『機動戦士Ζガンダム』のクワトロ・バジーナとして登場し『機動戦士ガンダム 逆襲のシャア』のストーリーは扱われない。『機動戦士Vガンダム』の敵対勢力であるザンスカール帝国は、コロニー国家ではなく木星圏を本拠地とする勢力、ジュピトリアンとして登場する。なお、SDガンダムに描かれていた瞳が無くなった。ちなみにPS版の開発中の画面や、CGムービーでは瞳が残っている。DC戦争シリーズに登場した『魔装機神 THE LORD OF ELEMENTAL』と『新スーパーロボット大戦』に登場した『超機大戦SRX』は、本作ではバンプレストオリジナルとしてまとめられずに別々にクレジットされている。
新西暦179年。地球連邦政府とジオン公国との間に起きた一年戦争の末期、L5宙域に突如出現した巨大な物体が、双方の宇宙艦隊の大半を巻き込みながら南太平洋・南アタリア島に落下した。後にASS-1と名づけられるその巨大な物体は調査の結果、地球外知的生命体の巨大宇宙戦艦であったこと、また太陽系外で大規模な恒星間戦争が行われていたことが判明する。この騒動で一年戦争は停戦となるが、地球連邦政府は異星人との恒星間戦争に陥った場合に備え、軍備の増強を開始する。ASS-1を解析した技術EOTを組み込んだ機動兵器や、超大型宇宙戦艦ヱクセリヲンの開発、さらにはASS-1を修復・改修して作られたマクロスを中心とした、連邦特別宇宙軍SDFが結成された。新西暦187年。数々の反地球連邦組織が暗躍する中、ついに巨人型異星人ゼントラーディ軍と、それに敵対するゼ・バルマリィ帝国（通称エアロゲイター）が本格的に進行を開始。地球圏が大混乱となりながらも、各種スーパーロボットとロンド・ベル隊を中心としたSDF艦隊が迎え撃ち、辛うじて食い止めることに成功した。しかしその大激戦の最中、ゼントラーディ軍やゼ・バルマリィ帝国でも対抗することのできない程の圧倒的な数と力を持つ、宇宙怪獣（STMC）が太陽系に迫ってくる。これに対抗する唯一の手段として、SDF艦隊は太陽系第13番惑星・雷王星付近でヱクセリヲンを自沈させ、人為的に超重力崩壊を起こすことにより知的生命体全ての敵・宇宙怪獣の大集団を消滅させることを提案。奇跡的に成功したこの作戦により、問題は山積みとなってはいるものの、地球圏の混乱は一応の終結を得た。この一連の戦いは後に「バルマー戦役」と呼ばれることになる。
シリーズで初めて3Dグラフィックスを採用したドリームキャスト版『スーパーロボット大戦α for Dreamcast』は、1999年6月1日の「SEGA New Challenge Conference '99」にて開発が明らかになった。しかし、初めての3Dということもあり演出の方向性がなかなか決まらずに試行錯誤を繰り返したほか、400体以上のロボットのモデリングにかなりの時間を費やすなど、開発は難航した。長らく発売日未定の状態が続き、発売日が2001年7月26日に決定した後延期され、実際に発売されたのは続編の『α外伝』より後の2001年8月30日であった。このときすでにドリームキャストは生産中止となっている。このように本作の開発に時間がかかりすぎたことから、その後の作品では2Dによる演出に注力するようになり、3Dグラフィックスを採用した作品はしばらく開発されなかった。シナリオ上の変更点として、登場作品にサンライズインタラクティブ製作のドリームキャスト用ソフト『サンライズ英雄譚』に登場する『機甲世紀Gブレイカー』が追加された。また、ストーリーについても、『α外伝』以降の作品に続かず本作で完結するシナリオ分岐が追加された。さらに、PlayStation版と共通のシナリオにも手直しが加えられている。システムでは『スーパーロボット大戦64』で実装された合体攻撃が追加され、戦闘アニメの中断も可能となった。また、戦闘シーンの3Dモデルを流用し新たなデモが追加された。MAP画面が3Dになったことにより、回転させることが可能となっている。難易度については「ラスボスが一撃で死ぬ」と揶揄されたPlayStation版を見直し、『α外伝』ほどではないものの手ごたえのあるバランスに調整されている。
2016年3月、社長で事実上の創業者であった浅田剛治は「結婚式場の中心顧客層を考えると、経営者も若いほうが良い」として自社の生抜き社員で当時36歳であった荻野洋基を社長に起用し、自らは会長に退いて経営から退き、親族を含めて持つ保有株を売却する意向を示した。第三者の紹介を通じて知り合ったポラリス・キャピタル・グループ（以下、ポラリス）及びその子会社であるNAPホールディングスに対して、浅田は2016年9月に自身と親族が保有するノバレーゼ株を売却する意思を示し、経営の第一線とノバレーゼの株主も退いた。NAPホールディングスはこれに対し、浅田とその親族の保有する株式のみならず、発行済株式のすべてを取得することで、ノバレーゼを完全子会社化する意思を示し、少なくとも発行済株式総数の73.83％以上は取得するとした。日本経済新聞は「順調に事業を拡大させてきたとは言え、少子高齢化の日本にとどまっていてはいずれ成長に陰りが見えてくる。国内外食企業への投資実績が豊富なポラリスの傘下に入り、新たな成長ステージに入ることを浅田会長は望んだようだ。」としている。ノバレーゼは、建築費の高騰などによる出店費用の上昇や6期連続で営業赤字だったレストラン事業の不振が事業拡大の足かせとなっていたが、投資ファンドであるボラリスの傘下となり、国内出店や海外事業を拡大して広告などを積極化する。TOBの内容が公表されると、TOB価格が公表前日の東京証券取引所での終値と比べ2.45倍超の水準であったことから、TOB価格にサヤ寄せするまで3日連続でストップ高買気配が付き続ける状況となった。TOB計画が公表された結果、東京証券取引所はノバレーゼ株を監理銘柄に指定し、日本証券金融は9月2日約定分からノバレーゼ株の貸借取引で申込停止措置を実施した。2016年10月25日にNAPホールディングスは議決権所有割合で93.28%の株式を取得し、12月1日に株式売渡請求により完全子会社化した。