宇宙世紀0223年、地球。元地球議会軍のパイロットマーク・カランは、深海農業研究施設付近においてモビルスーツ (MS) 11号に搭乗して作物の収穫中だったが、突然落下してきたMS・ブグのパイロット、ティム・ハロウェイ中尉を救出する。同時に落下してきたもう1つの物体が、議会軍の反乱分子である可能性から施設は議会軍の管理下に置かれる。マークは侵入者を発見するが、そこに居合わせた議会軍指揮官、ジャック・ヘイルが発砲し、侵入者2人のうち1人を殺してしまう。次の日、議会軍主催のパーティーに出席していたマークは、会場に居合わせたガーノー総督の依頼でパーティーを抜け出し、侵入者の1人であるシンシア・グレーブスの事情聴取と事件の解明のため、侵入者が収容されている施設へ向かう。シンシアは地球圏に迫っている食糧問題を解決する鍵となる、熱源を持つ生物発光体のサンプルをマークに見せる。そこへ再度ジャックが現れ、発光体を奪取しようと襲撃をかけてくる。2人はその場から逃走すると、合流したシンシアの仲間とマークの婚約者ミミを巻き込んでシャトルを奪い、サイド4（ニューマンハッタン）へ向かう。シンシア達と共にサイド・ガイアへ逃れたマークは、戦死したはずのかつての戦友であるフィリッペ・サン・シモンを紹介される。戦死に見せかけて身を隠し、イルミナーティの戦闘部隊のリーダーとなっていたフィリッペは、極秘開発した新型MS・Gセイバーをマークに紹介し、議会軍と戦うために力を貸してほしいと依頼する。だが、過去の一件で軍を自主退役し、戦いから遠ざかっていたマークは答えを渋る。一方、ガーノー総督はサイド・ガイアに最新鋭の無人MS・モビルウェポンを主力とした大部隊を差し向ける。仲間達の危機に際してマークはGセイバーに搭乗し、元上官であるジャック率いる部隊に立ち向かう。
度重なる宇宙戦争や紛争による土壌汚染、自然破壊、環境変化、無秩序な人口増加、これら人類が永々と続けてきた愚行により、地球の自然環境は壊滅的打撃を被った。特に農耕地の状況は絶望的で回復の目処は一向に立っていない。これを原因として地球の食料自給率は下降の一途を辿り、地球は自給体制を維持することが不可能になっていたため、深刻な食料危機時代が到来した。これの打開策として政府側であるセツルメント国家議会はセツルメント自由同盟へ大きな圧力をかけ、年々セツルメント自由同盟からの食料輸入量が増加していた。しかしセツルメント自由同盟側も豊富に食料を持っているわけではなく、地球へ輸出できる量もたかが知れていた。このままでは遠からず、社会機構は飢えのために破綻を来するだろうことは誰の目にも明らかだった。その予測し得る破滅を回避すべく、海洋性植物の研究が進められていく。食糧危機打開の研究を続ける機関の一つである、地球の大西洋深海農業研究施設では生物発光物質がリバ博士とガイアのグレーブス博士の手により造られた。この発光物質は人類に未来の扉を開かせるものだった。しかしそれを良しとしない勢力も存在していた。彼らは俗に大地球主義者と呼ばれており、地球こそが至上の存在であり、セツルメントは従属者に過ぎないというのを思想の要諦としていた。セツルメントを擁するサイドが現在は地球と同等の地位にあるというのが、大地球主義者には許し難く是正すべき現実だった。国家議会は未だに不安定であり、打倒は容易であり、問題は世論に中央集権化の必要性を認めさせることである。彼らにとって食糧危機は絶好のチャンスだといえる。飢えは理性を麻痺させ、空疎な理想など簡単に砕いてしまい、危機感を煽られた地球市民は、食糧の豊富なサイドを武力で支配下に置くことを認めるだろうと予測された。
本作での目玉は、新規書き下ろしストーリーと新キャラクターにより物語性を重視したストーリープロデュースモードであると言える（なお、Xbox 360版とほぼ同じ形態と内容・ボリュームのフリープロデュースモードも搭載されている）。またこれまでのアーケード版やXbox 360版とは異なる改変がなされており、正統シリーズ中最新のシステムとなる。ストーリープロデュースモードでは、各アイドルが様々な理由で「アイドルアルティメイト」（以降「IU」と記述）の優勝を目指す姿が描かれており、登場する新たなライバルキャラクターと優勝を巡り公私にわたり争うことになる。アーケード版やXbox 360版（含L4U!）と同じく、それぞれの時間軸の繋がりは設定されていない。なお、『アイドルマスター ディアリースターズ』の作中でも本作の中心イベントであるIUに関する言及があるが、こちらも時間軸の繋がりは全くない。ゲームにおけるプレイヤーの目標は、アーケード版・Xbox 360版同様、芸能事務所「765（ナムコ）プロダクション」のプロデューサーとして所属アイドルたちをトップアイドルに育て上げることではあるが、ストーリープロデュースでは、これまでの作品よりも担当アイドルとのコミュニケーションの比重が大きく、ストーリープロデュースでもフリープロデュースでもプロデュースできるのは1人ずつソロユニット限定となる。また、新たにストーリープロデュースにはライバル事務所となる「961（くろい）プロダクション」に所属する新キャラクターの「我那覇響（がなはひびき）」と「四条貴音（しじょうたかね）」が登場し、Xbox 360版のキャラクター「星井美希（ほしいみき）」も765プロダクションから961プロダクションに移籍してしまい、この3人が「プロジェクト・フェアリー」としてライバルキャラクターとなる。初期キャラクター9人に、美希と新キャラクター2人を合わせた『3人+1人』の4人の、異なるストーリーが描かれる3バージョンでの展開となる（各バージョンで異なったキャラクターとライバル、ストーリーとなるが、各バージョンのセーブデータを読み込むことにより、それぞれのアイドルが使用可能になる）。また2012年10月25日には同じPSPソフトとして「アイドルマスターシャイニーフェスタ」も本作と同じで3パッケージで発売されたが、我那覇響と四条貴音と星井美希が765プロアイドルとして追加されているためメンバーの組み合わせは本作とは異なる。各バージョンと参加キャラクターの組み合わせは次の通り。