ダンボール戦機
2042年、タイニーオービット社から発売された小型バトルロボット玩具『LBX』。だが、高性能すぎるゆえに暴走事故が発生し、LBXは発売中止という危機に陥ってしまう。しかし、その4年後の2046年に強化ダンボールが発明され、強化ダンボールの中で遊ぶという条件付きでLBXは復活を果たした。そして2050年、LBXは究極のホビーとして空前のブームとなった。そんなある日、LBX好きな少年・山野バンは突如出会った謎の女性から1体のLBX『AX-00』を託される。
ダンボール戦機W
パラダイス編
山野バンがサターンを自爆させ、イノベーターの計画を阻止してから1年後の2051年、バンはタイニーオービット社の新型LBXの発表会に行くため会場のトキオシアデパートへ向かっていた。その途中で、ゲームセンターの景品として『ペルセウス』というLBXを手にした少年・大空ヒロと出会う。無事に会場へ着いたバンは、彼のかつての愛機『アキレス』が『アキレス・ディード』として全世界で発売されることを知って嬉しさを見せた。ところが、発表会が終わった直後に突如アキレス・ディードが攻撃し、他のLBXも一斉に人々を襲い始めた。そして明らかになる謎の組織『ディテクター』の存在。バンとヒロ、そして花咲ランの3人はディテクターの計画を阻止するために世界を駆け巡る。
ミゼル編
山野バン、大空ヒロ、花咲ランの3人がオメガダインの宇宙軍事基地『パラダイス』を攻略し、計画は阻止された。世界に平和が訪れたのも束の間、『ミゼル』という謎の少年によって、世界は再び脅威にさらされる。新たなLBXを武器に、3人は真の最終決戦に挑む。

連続テレビアニメーションが制作され、これを基にした総集編劇場映画、および原作単行本限定版に付属するオリジナルビデオ（OAD）も作られている。ナレーションはアルミン役の井上麻里奈が、冒頭のあらすじや次回予告等を担当している。

第1期が2013年4月から9月まで毎日放送ほかにて全26話（第13話と第14話の間に総集編の第13.5話を挟む）が放送された。物語は原作冒頭から年表における850年のストヘス区での女型の身柄拘束作戦の完了、そして後の第2期冒頭に繋がるシーンまでを描く。原作者の諫山創は、テレビアニメ版の第1話を視聴して完成度の高さから「原作はアニメの方、僕は絵の描けないコミカライズ担当という感じ」との趣旨の発言をしている。

第1期の総集編が劇場版前後編2部作として制作され、2014年11月22日に第1話から第13話までの総集編『劇場版 進撃の巨人 前編〜紅蓮の弓矢〜』、2015年6月27日に第14話から第25話までの総集編『劇場版 進撃の巨人 後編〜自由の翼〜』が公開された。配給はポニーキャニオン。未公開シーンの追加や音声を5.1chサラウンド仕様にアップグレードするなど、細かい仕様変更もある。以降の劇場版も概ねこの2部作と同様の仕様で制作・公開されている。

第2期（Season 2）が2017年4月から同年6月まで、毎日放送ほかにて全12話（26 - 37話）が放送された。これ以降より作品名に「Season（数）」が併記されるようになった。物語は前述の通り第1期ラストからダイレクトに続き、エレン奪還戦でエレンが「座標」の力に目覚めるまでが描かれる。2018年1月13日には、総集編劇場版映画『劇場版 進撃の巨人 Season2〜覚醒の咆哮〜』が公開された。

また、原作単行本収録のOADが5話制作された。なお、『週刊少年マガジン』に出張読み切り掲載された作品であり原作の前日譚を描いた特別編「イルゼの手帳」は、原作単行本第11巻限定版に収録される予定だったが、テレビアニメ版の制作遅延の影響を受けて第12巻限定版へ延期され、2014年9月28日に毎日放送制作・TBS系列の『日5』枠にて全国ネット放送された。2019年7月20日にも同月18日に発生した京都アニメーション放火殺人事件の影響を配慮し都合により『スーパーアニメイズム』枠『炎炎ノ消防隊』第3話の放送を見送ることになり代替番組として再放送された。2017年には外伝「悔いなき選択」がアニメ本編2期放送開始に先立ち、同年3月に地上波の一部局で1エピソード化した版が放送された。

第3期（Season 3）は2018年7月23日から10月15日までPart.1 12話（38話 - 49話）が放送され、2019年4月28日から7月1日までPart.2 10話（50話 - 59話）の全22話が放送された。本シリーズからはNHK総合に放送局が変更され、ほぼ全国同時ネット放送が行われた。講談社プロデューサーの立石謙介は「全国の皆様に同時に楽しめるように」と語っている。放送開始直前となる7月21日0時26分には出演声優が数名登場する特番「進撃の声優大集合！」が生放送された。なお、オープニング・エンディングのクレジット表記はNHK総合の放送版と配信版とでは異なっている。前半は王政編からウォール・マリア奪還作戦の前夜までの話が放送され、後半はウォール・マリア奪還作戦から世界の真相が明かされたところまでが描かれた。

第4期（The Final Season）は2020年12月7日から2021年3月29日までPart 1 16話（60話 - 75話）が放送され、2022年1月10日から4月4日までPart 2 12話（76話 - 87話）が放送され、2023年より完結編が放送予定。また、Part 1本放送前の11月9日から11月30日にかけては、第1期 - 第3期をまとめたダイジェスト版が4週連続・全4回にわたってオンエアされ、Part 2放送前の2021年10月25日から12月13日にかけては、1話から75話を6本にまとめたダイジェスト版とOAD「悔いなき選択」、「Wall Sina, Goodbye」、「Lost in the cruel world」が放送された。