2021 yılında gezegenler arasında seyahat mümkün hale gelmiştir. Ancak, gezegenler arasında ulaşımı sağlayan atlama ağında büyük bir düzensizlik bulunmaktadır. İhmal edilen bu aksaklık sistemde büyük bir felakete yol açar. Ayda bulunan atlama geçidi infilak eder ve ay yüzeyinde büyük bir delik oluşur. Patlama sonucunda aydan kopan parçalar dünya yüzeyine düşer ve süreğen bir meteor sağnağına yol açar. Bu olay dünya yüzeyinin büyük bir bölümünü ve milyarlarca insanı yok eder. İnsanların büyük bir bölümü yer altına sığınır. İmkanı olanlar Mars ve Venüs gezegenleri ile yaşam koşulları oluşturulan bazı astreoid ve Jupiter uydularına yerleşirler.

Cowboy Bebop, bu olaydan 50 yıl sonra, 2071 yılından başlayarak gerçekleşen olayları konu alır. Spike Spiegel ve iş ortağı Jet Black güneş sisteminde faaliyet göstermekte olan iki haydut avcısıdır. Oldukça tehlikeli ve zor bir meslek icra eden ikili geçimlerini sağlayabilmek için, Bebop isimli gemileri ile, aranılan suçluların peşinden sistemin bir ucundan diğer ucuna yolculuk etmektedir.

Dizi, Bebop tayfasının, suçluların peşinde yaşadıkları olaylar etrafında şekillense de aslında her bir karakterin geçmişi ile yüzleşmesini konu alır.