En 2071, environ cinquante ans après qu'un accident avec une passerelle hyperspatiale a rendu la Terre presque inhabitable, l'humanité a colonisé la plupart des planètes rocheuses et des lunes du système solaire. Au milieu d'un taux de criminalité en hausse, la police inter-système solaire (ISSP) a mis en place un système de contrat légalisé, dans lequel les chasseurs de primes enregistrés (également appelés « Cowboys ») poursuivent les criminels et les ramènent vivants en échange d'une récompense. Les protagonistes de la série sont des chasseurs de primes travaillant à partir du vaisseau spatial Bebop.
L'équipage d'origine est composé de Spike Spiegel, un ancien tueur à gages en exil du syndicat criminel Red Dragon, et de Jet Black, un ancien officier de l'ISSP. Ils sont ensuite rejoints par Faye Valentine, un escroc amnésique, Edward, une fille excentrique douée pour le piratage informatique, et Ein, un Welsh Corgi Pembroke génétiquement modifié doté d'une intelligence semblable à celle d'un humain. Au cours de la série, l'équipe s'implique dans des mésaventures désastreuses les laissant sans argent, tout en affrontant souvent des visages et des événements de leur passé : ceux-ci incluent les raisons de Jet pour quitter l'ISSP et le passé de Faye en tant que jeune femme de la Terre blessée dans un accident et congelée cryogéniquement pour lui sauver la vie.
L'arc de l'histoire principale se concentre sur Spike et sa rivalité mortelle avec Vicious, un criminel ambitieux affilié au Red Dragon. Spike et Vicious étaient autrefois partenaires et amis, mais lorsque Spike a commencé une liaison avec Julia, la petite amie de Vicious et a décidé de quitter le Syndicat avec elle, Vicious a cherché à éliminer Spike en faisant chanter Julia pour qu'elle le tue. Julia se cache pour se protéger et Spike simule sa mort pour échapper au Syndicat. Dans le présent, Julia sort de sa cachette et retrouve Spike, dans l'intention de mener à bien leur plan. Vicious, après avoir organisé un coup d'État et pris le contrôle du Syndicat, envoie des tueurs à gages après la paire. Julia est tuée, laissant Spike seul. Spike quitte le Bebop après avoir dit un dernier au revoir à Faye et Jet. En infiltrant le syndicat, il trouve Vicious au dernier étage du bâtiment et le confronte après avoir envoyé les membres restants de Red Dragon. La bataille finale se termine avec Spike tuant Vicious, seulement pour être grièvement blessé dans la confrontation qui s'ensuit. La série se termine alors que Spike descend l'escalier principal du bâtiment dans le soleil levant avant de finalement tomber au sol.