게임은 에코라는 병코돌고래가 그의 무리와 함께 고향 만에서 수영하는 장면으로 시작된다. 무리의 한 친구가 에코에게 얼마나 높이 점프할 수 있는지 게임을 도전한다. 에코가 공중에 떠 있을 때, 거대한 물소용돌이가 형성되어 만의 모든 해양 생물을 빨아들이고 에코만 남겨두고 만을 떠난다. 만을 떠난 에코는 다른 해양 생물들과 만나고, 그 중 다른 돌고래들은 폭풍을 느꼈고 전체 바다가 혼란에 빠졌다고 전한다. 에코가 만난 범고래는 그에게 북극으로 가서 "빅 블루"라는 오래된 고래를 만나라고 한다. 빅 블루는 해양 생물들 사이에서 나이와 지혜로 존경받는 존재로, 에코의 여정에 도움을 줄 수 있을지도 모른다. 긴 바다 여행 끝에 북극에 도착한 에코는 빅 블루를 만나고, 빅 블루는 폭풍이 500년마다 발생한다고 알려준다. 빅 블루는 폭풍의 원인을 알지 못하지만, 에코에게 지구에서 가장 오래된 생명체인 아스터라이트를 찾으라고 제안한다. 에코는 북극을 떠나 깊은 동굴로 여행하여 아스터라이트를 발견한다. 아스터라이트는 에코를 맞이하며, 자신이 도와줄 수 있는 힘이 있지만, 자신의 몸에서 떨어진 구슬이 없어 도와줄 수 없다고 말한다. 아스터라이트는 에코에게 아틀란티스의 가라앉은 유적지로 가서 아틀란티스인들이 남긴 타임머신을 사용하라고 한다.
에코는 아틀란티스의 가라앉은 도시로 여행하여, 정보가 담긴 거대한 수정으로 가득한 고대 도서관을 발견한다. 도서관에서 에코는 폭풍의 기원을 배우게 되는데, 외계 종족인 보텍스가 그들의 행성에서 음식을 생산할 수 있는 능력을 잃어버려, 500년마다 행성이 정렬될 때 지구의 물을 수확하기 위해 그들의 기술을 사용한다는 것이다. 아틀란티스인들은 보텍스와 오랜 전쟁을 벌였고, 그 전쟁은 우주에서 아틀란티스를 강타한 광선으로 인해 도시가 바다 깊숙이 가라앉으면서 끝난다. 이를 알게 된 에코는 타임머신을 작동시켜 5,500만 년 전 지구의 과거로 여행한다. 과거에 있는 동안 에코는 프테라노돈과 소통하기 위한 고대의 노래를 배우게 된다. 에코는 과거에서 아스터라이트를 찾지만, 즉시 공격을 받는다. 전투를 강요당한 그는 아스터라이트로부터 구슬 하나를 떼어낸다. 이로 인해 시간 포탈이 열리고 그는 현재로 돌아온다. 구슬을 받은 아스터라이트는 에코에게 그의 소나를 보텍스에 대한 치명적인 무기로 변환할 수 있는 힘과 수중 호흡 능력, 그리고 잃어버린 체력을 천천히 회복할 수 있는 능력을 부여한다. 아스터라이트는 그에게 타임머신을 사용하여 수확의 시간으로 돌아가라고 지시한다. 이번에는 에코가 그의 무리와 함께 물소용돌이에 빨려 들어간다. 에코는 우주를 가로질러 거대한 튜브 같은 기계로 날아간다. 그 구조물을 통과하며 에코는 보텍스 행성에 도착하고 외계인들과 전투를 벌인다. 그는 보텍스 여왕에게 다가가 싸움을 시작한다. 여왕이 패배하자 그녀는 에코의 무리를 삼킨 후 spit해내고, 그들은 지구로의 빠른 탈출을 한다.
The game opens with Ecco, a bottlenose dolphin, as he and his pod are swimming in their home bay. A podmate challenges Ecco to a game to see how high he can jump into the air. When he is in the air, a giant waterspout forms and sucks up all marine life in the bay except Ecco, leaving him alone in the bay. Upon leaving the bay, Ecco swims around meeting other marine life including other dolphins who tell them they have felt the storm and the entire ocean is in chaos. An orca Ecco encounters tells him to travel to the Arctic to meet the "Big Blue," an old blue whale revered by marine life for its age and wisdom, who might be able to help him on his journey. Arriving in the Arctic after a long travel through the ocean, Ecco finds the Big Blue who informs the dolphin the storms occur every 500 years. Though the Big Blue doesn't know what causes the storms, he suggests Ecco find the Asterite, the oldest life form on Earth. He leaves the Arctic and travels to a deep cavern where he finds the Asterite. The Asterite greets Ecco telling him though it has the power to aid him, the Asterite cannot because orbs from its body have been lost. The Asterite tells him to go to the sunken ruins of the city of Atlantis, and use the time machine left behind by the Atlanteans.
Ecco travels to the sunken city of Atlantis, where he discovers an ancient library filled with Glyphs, giant crystals stored with information. From the library Ecco learns the origins of the storms, an alien race known as the Vortex lost the ability to produce food on their planet, so every 500 years when the planets align, they use their technology to harvest the waters of Earth. The Atlanteans fought a long war with the Vortex that ended when a beam struck Atlantis from space sending the city into the depths of the ocean. Learning this, he activates the time machine and travels 55 million years into Earth's past. While Ecco is in the past he learns an ancient song to communicate with a Pteranodon. Ecco locates the Asterite in the past but is immediately attacked by it. Forced into battle, he manages to dislodge a globe from it. This opens a time portal and he is sent back into the present. After receiving the globe, the Asterite grants him the power to turn his sonar into a deadly weapon against the Vortex, as well as the abilities to breathe underwater and to slowly regenerate lost health. The Asterite instructs him to use the time machine to travel back in time to the hour of the harvest. This time he manages to be sucked into the waterspout with his pod. Ecco is sent flying through outer space to a giant tube-like machine. Making his way through the construct Ecco arrives on the planet Vortex engaging the aliens in combat. He makes his way to the Vortex Queen and engages her in a fight. When the Queen is defeated she spits out Ecco's pod she ate and they make their quick escape back to Earth.