Pokemon Sun και Σελήνη ξεκινά με ένα σινεμά ενός χαρακτήρα που ονομάζεται Lillie και το Pokemon της, ένα Cosmog με το παρατσούκλι Nebby. Προσπαθεί να ξεφύγει από τους φρουρούς και το Pokemon χρησιμοποιεί ένα λαμπερό φλας, δημιουργώντας μια έκρηξη, ενώ κρύβεται στην τσάντα της. Το παιχνίδι μεταβαίνει στον παίκτη-χαρακτήρα που φτάνει στο Alola στο νησί Melemele, όπου παρουσιάζονται στον καθηγητή Kukui και τον νεαρό φίλο του Hau.
Ο παίκτης-χαρακτήρας καταλήγει να συναντά τη Lillie της οποίας το Cosmog δέχεται επίθεση σε μια γέφυρα. Ο παίκτης καταφέρνει να σώσει το Cosmog αλλά η γέφυρα σπάει και ένα θρυλικό Pokemon που ονομάζεται Tapu Koko έρχεται να τους σώσει. Αυτό θέτει τον παίκτη-χαρακτήρα σε μια μοίρα στρωμένη στο μεγαλείο και του δίνεται ένα από τα τρία αρχικά Pokemon μαζί με το καθήκον να ολοκληρώσουν επτά δοκιμές στα τέσσερα νησιά της Alola, συμπεριλαμβανομένων των Melemele, Akala Island, Poni Island και Ula'Ula Island. .
Καθ' όλη τη διάρκεια του ταξιδιού, ο παίκτης-χαρακτήρας θα αλληλεπιδρά με τον Hau και τη Lillie, καθώς και θα πολεμήσει διάφορους κακοποιούς και κλέφτες στο δρόμο από το Team Skull. Κατά τη διάρκεια των ταξιδιών ο παίκτης-χαρακτήρας αρχίζει να κατανοεί τα μυστικά της Alola και πώς αντί να έχουν παραδοσιακές μάχες στο γυμναστήριο, έχουν τις επτά δοκιμές στα τέσσερα νησιά. Όποιος ολοκληρώσει όλες τις δοκιμές, νικώντας τα Totem Pokemon αφού τα καλέσει, θα χρειαστεί στη συνέχεια να αντιμετωπίσει τους Elite Four για να δοκιμάσει τις δυνάμεις τους για να γίνει ο Grand Master Pokemon Trainer της Alola. Ο παίκτης-χαρακτήρας θα κερδίσει κρύσταλλα Z-Power από τους εκπαιδευτές για να γίνει αρκετά δυνατός για να πολεμήσει το Totem Pokemon και πιθανώς να αντιμετωπίσει τον φύλακα του νησιού, Tapu Koko.
Στην πορεία αποκαλύφθηκε ότι η Lillie μένει με τον καθηγητή Kukui μέχρι να μπορέσει να σταθεί ξανά στα πόδια της. Τόσο εκείνη όσο και το Cosmog βρέθηκαν σε μια παραλία της Alola, αναίσθητοι και ο καθηγητής και η σύζυγός του πήραν τη Lillie and the Cosmog για να τους φροντίσουν για την υγεία τους.
Η Lillie σκοπεύει να βοηθήσει το Cosmog να επιστρέψει στο σπίτι του. Αυτό την οδηγεί, τον παίκτη-χαρακτήρα και τον Hau σε ένα μυστικό νησί ανάμεσα στα τέσσερα μεγάλα νησιά που ονομάζεται Aether Paradise, όπου αποκαλύπτεται ότι υπάρχουν ειδικά Pokemon γνωστά ως Ultra Beasts από εναλλακτικές διαστάσεις. Η ερευνητική μονάδα μελετά αυτά τα θηρία και τις πύλες που οδηγούν σε αυτά για να κατανοήσει καλύτερα τα Ultra Beasts.
Όταν τελικά καταλήγουν στο νησί Ula'Ula, μαθαίνουν ότι ο Solgaleo και η Lunala πολέμησαν άγρια σε ένα σημείο στα νησιά Alola αφού ο Solgaleo τρομοκρατούσε τους ανθρώπους. Η Lunala ήρθε στη διάσωση και τελικά είχαν έναν κληρονόμο με τη μορφή του Cosmog.
Ο αρχηγός του Team Skull, Guzma, προσπαθεί να ανατρέψει την προσπάθεια του Kukui να χτίσει ένα Pokemon League στην Alola, αλλά ο Professor χρησιμοποιεί τον παίκτη-χαρακτήρα για να πολεμήσει τον Guzma και να τον ταπεινώσει μπροστά στους φίλους του. Μετά τον αγώνα, ο Gladion, ένα μέλος emo του Team Skull, προειδοποιεί τον Hau και τον παίκτη-χαρακτήρα ότι πρέπει να προστατεύσουν το Cosmog από το Team Skull και άλλους που προσπαθούν να το πάρουν στα χέρια τους επειδή έχει την ικανότητα να καλεί θρυλικά τέρατα. Αυτό οδηγεί τον παίκτη-χαρακτήρα να πάρει τον αγώνα στην έδρα του Team Skull για να τον καταστρέψει μια για πάντα.
Ωστόσο, ενώ ο παίκτης-χαρακτήρας μάχεται με το Team Skull στην αρχική του βάση, ένα άλλο μέλος που ονομάζεται Plumeria αιχμαλωτίζει τη Lillie και το Cosmog. Ο Gladion οδηγεί την ομάδα στον Aether Paradise για να σώσει τη Lillie και τον Cosmog.
Μαθαίνουν ότι το Cosmog είναι υποτίθεται ένα Ultra Beast από μια άλλη διάσταση που ονομάζεται Ultra Space και ότι υπό την πίεση το Cosmog μπορεί να ανοίξει τις Ultra Wormholes σε νέες διαστάσεις. Οι Aether Paradise επιχειρούν να σχίσουν και να σκίσουν το Cosmog για να το χρησιμοποιήσουν για να ανοίξουν διαστάσεις για δικό τους όφελος.
Ο παίκτης-χαρακτήρας και ο Hau φτάνουν τελικά στο κεντρικό γραφείο όπου ανακαλύπτουν ότι η Lillie είναι η κόρη της Lusamine, της κεφαλής του Aether Paradise. Η Lillie προσπάθησε να σώσει το Cosmog από το κέντρο αφού καταλήφθηκε κατά τη διάρκεια μιας καταιγίδας μετεωριτών μια νύχτα.
Η Lusamine αποκαλύπτει ότι ο Gladion είναι ο γιος της και ότι η Lillie είναι ο αδερφός της Gladion. Σκοπεύει να χρησιμοποιήσει το Cosmog για να ανοίξει την Ultra Wormhole και να αφήσει το Ultra Beast στον κόσμο και να καταστρέψει τον όλεθρο στην Alola. Σκοπεύει να επιτρέψει στην Cosmog να πεθάνει στη διαδικασία.
Κατά τη διάρκεια της δοκιμής του Poni Island, ο παίκτης-χαρακτήρας και η Lillie καταλήγουν στην κορυφή του ιερού όπου χρησιμοποιούν το φλάουτο του Ήλιου και της Σελήνης για να καλέσουν το μεγάλο θρυλικό Pokemon. Το Cosmog βγαίνει από το σακίδιο της Lillie και εξελίσσεται είτε σε Solgaleo είτε σε Lunala.
Η Nebby, τώρα ένα θρυλικό Pokemon, μεταφέρει τον παίκτη-χαρακτήρα και τη Lillie στο Ultra Space για να βρει τη μητέρα της, η οποία κατέληξε να τηλεμεταφέρει στο στρώμα Ultra Beasts κατά το άνοιγμα της σκουληκότρυπας.
Τελικά βρίσκουν τη Λουσαμίν που συγχωνεύεται με τον Nihilego για να γίνει αφεντικό υπερπλοκάμι, αλλά ευτυχώς δεν προσπαθεί να βιάσει την κόρη της.
Αφού νίκησαν την τελική μορφή της Lusamine, βγαίνουν από το Ultra Space και σφραγίζουν τις Ultra Wormholes, σώζοντας την Alola από την πλήρη καταστροφή. Ο παίκτης-χαρακτήρας έχει την ευκαιρία να πολεμήσει τον Nebby και να γίνει ο μαστροπός του. Μετά την ενασχόληση με τα Ultra Beasts, την αιχμαλωσία του Nebby και την υποταγή της Lusamine, το ταξίδι για να γίνεις Grand Champion συνεχίζεται.
Η τελευταία πρόκληση στο Pokemon Sun και Σελήνη λαμβάνει χώρα στο όρος Lanakila, όπου ο Grand Champion στέφεται αφού νικήσει το Elite Four, το οποίο αποτελείται από προηγούμενες δοκιμές όπως η Olivia, η Aceroyal, η Kahilia και η Hula. Η τελική μάχη θα στέψει τον πρώτο Μεγάλο Πρωταθλητή της Alola στην ιστορία του Pokemon League και θα προσπαθήσει να αναγνωρίσει την περιοχή, ώστε να μπορέσουν τελικά να γίνουν Παγκόσμιος Πρωταθλητής Pokemom. Αυτός ο τελευταίος αγώνας βλέπει τους παίκτες να μάχονται με τον καθηγητή Kukui σε έναν ολοσχερώς καυγά για να γίνουν ο πρώτος Grand Champion της Alola.
Στη συνέχεια διοργανώνουν μια μεγάλη γιορτή για το φεστιβάλ, αλλά η Lillie και ο παίκτης-χαρακτήρας φτάνουν κρυφά στο ιερό όπου κατευθυνόταν αρχικά στην αρχή του παιχνιδιού με τον Nebby. Πηγαίνουν στο ιερό για να ανακαλύψουν τον Tapu Koko, δίνοντας μια τελευταία μάχη με τον μεγάλο φύλακα των νησιών Alola. Οι παίκτες έχουν την επιλογή να συλλάβουν με επιτυχία τα Pokemon.
Η Λίλι τελικά αποφασίζει να φύγει για να πάει να φροντίσει τη μαμά της, Λουσαμίν, την καθηλωμένη στο κρεβάτι. Ο Χάου υπόσχεται να της γράψει και ο παίκτης-χαρακτήρας επιστρέφει στο σπίτι στη μητέρα τους καθώς έρχονται οι τίτλοι.
