В центре событий «Атаки титанов» находятся трое героев: сын врача Эрен Йегер, его приёмная сестра Микаса Аккерман и их друг детства Армин Арлерт. В начале манги титаны под предводительством невиданных ранее разумных «колоссального титана» и «бронированного титана» вторгаются в их родной округ Сингансина, проломив ворота во внешней стене. Мать Эрена и Микасы погибает, а сами они вместе с Армином вынуждены искать укрытия за внутренними стенами. При этом отец Эрена, Гриша Йегер, перед отъездом оставляет сыну таинственный ключ от подвала в захваченном титанами городе. Эрен клянётся отомстить титанам, и все трое вступают в ряды армии.

Действие возобновляется спустя пять лет, когда подросшие герои выпускаются из военного училища. Ребята вместе со своим учебным классом находятся в округе Трост — укреплённом южном поселении у второй стены. Трост, как и Сингансина, подвергается нападению титанов; вооружённая УПМ армия пытается противостоять им, но терпит поражение, и часть солдат, включая Эрена, съедают титаны. Спустя некоторое время на помощь людям приходит новый разумный титан, враждебно настроенный по отношению к сородичам — позже герои признают в нём Эрена, открывшего в себе способность временно превращаться в титана. Командование использует неожиданного союзника-титана, чтобы отбить Трост и заделать пробоину в воротах. Эрена судят как представляющего потенциальную опасность для человечества, но его берёт под свое крыло разведотряд под началом Эрвина Смита и капитана Леви, и друзья Эрена также вступают в это подразделение.

Разведотряд в новом составе отправляется за стены, в экспедицию к разрушенной Сингансине, но в дороге подвергается нападению ещё одного, ранее не виданного разумного «титана-женщины», — это существо не только превосходит других титанов скоростью и силой, но способно управлять ими с помощью крика. Герои обнаруживают, что разумный титан — оборотень, как и Эрен, и совершают неудачную попытку захватить врага в плен; женская особь демонстрирует воинскую выучку и — в человеческом облике — умение пользоваться УПМ. Хотя экспедиция терпит поражение, по возвращении за стены герои в состоянии вычислить настоящую личность титана-женщины — это Анни Леонхарт, курсант из того же учебного класса, что и они сами. Разведотряд устраивает Анни ловушку в округе Стохесс у внутренней стены — в развернувшейся битве титанов Эрен одерживает над Анни верх. Герои обнаруживают, что внутри защищающих города стен также находятся спящие титаны.

Вскоре разведотряд вынужден выступить для отражения новой угрозы — появления титанов между внутренними стенами Роза и Сина, что может говорить о прорыве второй стены где-то за пределами Троста. Герои сталкиваются с новым разумным титаном — «титаном-обезьяной», или «звероподобным», — и обнаруживают в собственных рядах ещё троих скрытых оборотней. Если Бертольт и Райнер — уже знакомые по повествованию «колоссальный» и «бронированный» титаны — находятся внутри стен с некоей тайной миссией, третий титан-оборотень Имир находится вне их планов и неохотно помогает им похитить Эрена. Разведотряду и военной полиции путём огромных потерь удается отбить Эрена у титанов, при этом парень обнаруживает способность управлять титанами с помощью координаты-крика — так же, как это ранее делала Анни.

Вскоре происходит новое похищение — на этот раз Эрена и другого бойца, девушку Кристу Ленц, захватывают люди из так называемого Центрального отдела военной полиции, приказы которым отдают лишь члены королевской семьи. К этому времени разведотряд осознаёт, что королевское правительство многое знает о титанах и оборотнях, и вступает с ним в противостояние, даже планируя и осуществляя вместе с другими военными государственный переворот. Как выясняется, Криста — Хистория Рейсс, наследница настоящей королевской династии Рейссов, в то время как царствующий король является лишь марионеткой. Рейссы также были оборотнями, передавая от одного к другому силу «первого короля» — способность сверхъестественным образом управлять не только титанами, но и людьми. Отец Эрена, Гриша Йегер, уже будучи оборотнем, сумел завладеть даром «первого короля» (съел Фриду Рейсс в обличии титана, сводную сестру Хистории), а затем передать его сыну — в результате в Эрене находится сила двух титанов — сила «Атакующего титана» и «Титана-короля». Хистория отказывается подчиняться собственному отцу Роду и наследовать дар, что для неё означало бы превратиться в титана и съесть Эрена заживо, — Род превращается в огромного, 120-ти метрового титана сам, но разведотряду удаётся справиться с ним. Хисторию коронуют как новую законную королеву.

Уладив проблемы внутри стен, разведотряд выступает в новую экспедицию к внешней стене — найти и уничтожить титанов-оборотней, а также добраться до подвала в Сингансине, где, как полагают герои, находится разгадки тайн. Отряд добирается до города, но попадает в ловушку — их подстерегают целая армия титанов и «обезьяна», «колоссальный» и «бронированный» титаны, они же оборотни Зик, Бертольт и Райнер. В долгом бою почти весь разведотряд погибает, хотя и оставляет за собой поле боя. Имея возможность сделать оборотнем одного из своих товарищей, герои вынуждены выбирать между тяжело раненными Эрвином и Армином, и предпочитают последнего, дав командиру Эрвину умереть, а Армину — унаследовать силу «колоссального титана» Бертольта. Они вскрывают дверь подвала и находят внутри дневники Гриши Йегера и фотографию — образец технологии, не существующий в известном героям мире внутри стен.

Хотя ранее герои полагали, что человечество за стенами было уничтожено титанами, на самом деле во внешнем мире есть и другие города и страны, откуда прибыл отец Эрена. Стены находятся на изолированном острове Парадиз, в то время как континентом по ту сторону пролива правит государство Марли. Некогда марлийский народ — «обычные» люди — находился в рабстве у элдийцев, потомков королевы Имир: только элдийцы могут превращаться в титанов, и среди них передаются уникальные дары оборотней. За сто лет до событий манги марлийцы свергли власть элдийцев и загнали своих врагов в гетто; элдийские короли сохранили свою власть лишь на острове внутри трёх колец стен. Гриша Йегер был членом подпольного движения элдийцев, а Зик — его сыном от первого брака. Когда движение было раскрыто, Гриша и его товарищи были сосланы на остров и превращены в неразумных титанов, но другой член подполья, Эрен Крюгер, носитель силы «атакующего титана», помог Грише сбежать и передал ему эту силу, позже доставшуюся Эрену. Герои восстанавливают контроль над внешней стеной Мария и готовятся к неизбежной войне с марлийцами.

Действие перемещается на четыре года вперёд и показывает собственно Марли: марлийская армия, в рядах которой сражаются Зик, Райнер и молодые солдаты-элдийцы Габи и Фалко, продолжает использовать титанов на войне с другими державами, однако появление новых технологий — дирижаблей, броненосцев и бронепоездов — делает преимущество Марли все менее весомым. Вилли Тибур, закулисный правитель Марли и этнический элдиец, созывает мирную конференцию с целью обратить против острова Парадиз весь мир, однако конференция превращается в хаос с появлением Эрена и бойцов разведотряда. Завладев силой еще одного оборотня — «титана-молота», разведотряд покидает Марли на дирижабле вместе с перекинувшимся на их сторону Зиком. Вместе с ними на остров попадают и Габи с Фалко, сохранившие верность Марли. В предыдущие годы Парадиз смог устранить вызванное столетней изоляцией отставание благодаря помощи перебежчиков-марлийцев и сотрудничеству с Хидзуру — другой островной нацией, напоминающей Японию. Зик, оказавшись в руках своих недавних врагов, плетет сложный заговор, в котором на его сторону становятся многие националистически настроенные военные и даже Эрен; в то время как объявление о беременности королевы Хистории срывает прежние планы военного правительства, Зику удается совершить побег из плена. На момент последней главы манги герои Зик и Эрен впервые встречаются на Парадизе.