Pokemon Sun ainsi que Lune commence par une cinématique d'un personnage nommé Lillie et de son Pokémon, un Cosmog surnommé Nebby. Elle tente de fuir les gardes et le Pokémon utilise un flash lumineux, créant une sorte d'explosion tout en se cachant dans son sac. Le jeu passe au personnage-joueur arrivant à Alola sur l'île de Melemele, où ils sont présentés au professeur Kukui et à son jeune copain Hau.
Le personnage-joueur finit par rencontrer Lillie dont le Cosmog est attaqué sur un pont. Le joueur parvient à sauver le Cosmog mais le pont se brise et un Pokémon légendaire nommé Tapu Koko vient à son secours. Cela place le personnage-joueur sur un destin pavé de grandeur, et il se voit confier l'un des trois Pokémon de départ ainsi que la tâche de terminer sept épreuves sur les quatre îles d'Alola, dont Melemele, l'île d'Akala, l'île de Poni et l'île d'Ula'Ula. .
Tout au long du voyage, le personnage-joueur interagira avec Hau et Lillie, et combattra divers voyous et voleurs tout au long du chemin de la Team Skull. Au cours des voyages, le personnage-joueur commence à comprendre les secrets d'Alola et comment, au lieu d'avoir des batailles traditionnelles en gymnase, ils organisent les sept épreuves à travers les quatre îles. Celui qui termine toutes les épreuves, battant le Pokémon Totem après l'avoir invoqué, devra ensuite affronter les Elite Four afin de tenter sa chance pour devenir le Grand Maître Pokémon Entraîneur d'Alola. Le personnage-joueur gagnera des cristaux Z-Power auprès des entraîneurs afin de devenir suffisamment fort pour combattre le Pokémon Totem, et peut-être même affronter le gardien de l'île, Tapu Koko.
En chemin, il est révélé que Lillie reste avec le professeur Kukui jusqu'à ce qu'elle puisse se remettre sur pied. Elle et le Cosmog ont été retrouvés sur une plage d'Alola, inconscients et le professeur et sa femme ont accueilli Lillie et le Cosmog pour les soigner.
Lillie a l'intention d'aider le Cosmog à rentrer chez lui. Cela la conduit, le personnage du joueur et Hau, sur une île secrète entre les quatre îles principales appelée Aether Paradise, où il est révélé qu'il existe des Pokémon spéciaux connus sous le nom d'Ultra Beasts provenant de dimensions alternatives. Le centre de recherche étudie ces bêtes et les portails qui y mènent afin de mieux comprendre les Ultra Beasts.
Lorsqu'ils se retrouvent finalement sur l'île d'Ula'Ula, ils apprennent que Solgaleo et Lunala se sont battus férocement à un moment donné sur les îles Alola après que Solgaleo ait terrorisé les gens. Lunala est venu à la rescousse et ils ont finalement eu un héritier sous la forme de Cosmog.
Le chef de la Team Skull, Guzma, tente de renverser la quête de Kukui pour créer une ligue Pokémon sur Alola, mais le professeur utilise le personnage du joueur pour combattre Guzma et l'humilier devant ses amis. Après le combat, Gladion, un membre emo de la Team Skull, prévient Hau et le personnage-joueur qu'ils doivent protéger Cosmog de la Team Skull et des autres qui tentent de mettre la main dessus car il a la capacité d'invoquer des monstres légendaires. Cela amène le personnage-joueur à se battre jusqu'au port d'attache de Team Skull pour les détruire une fois pour toutes.
Cependant, tandis que le personnage-joueur combat la Team Skull à sa base, un autre membre nommé Plumeria capture Lillie et Cosmog. Gladion mène le groupe à Aether Paradise pour sauver Lillie et Cosmog.
Ils apprennent que Cosmog est censé être une Ultra Bête d'une autre dimension appelée Ultra Space et que sous la contrainte, le Cosmog peut ouvrir des Ultra Wormholes vers de nouvelles dimensions. L'Aether Paradise tente de déchirer Cosmog afin de l'utiliser pour ouvrir des dimensions à son propre bénéfice.
Le personnage-joueur et Hau arrivent enfin au bureau principal où ils découvrent que Lillie est la fille de Lusamine, le chef du Paradis éthéré. Lillie a tenté de sauver Cosmog du centre après qu'il ait été capturé lors d'une tempête de météores une nuit.
Lusamine révèle que Gladion est son fils et que Lillie est le frère de Gladion. Elle prévoit d'utiliser Cosmog pour ouvrir l'Ultra Wormhole et laisser l'Ultra Beast entrer dans le monde et faire des ravages sur Alola. Elle prévoit de permettre à Cosmog de mourir dans le processus.
Au cours du procès de l'île Poni, le personnage-joueur et Lillie finissent par s'aventurer au sommet du sanctuaire où ils utilisent la flûte du Soleil et de la Lune pour invoquer le grand Pokémon légendaire. Cosmog sort du sac à dos de Lillie et évolue vers Solgaleo ou Lunala.
Nebby, désormais un Pokémon légendaire, emmène le personnage-joueur et Lillie dans l'Ultra Space pour retrouver sa mère, qui a fini par se téléporter vers la couche Ultra Beasts lors de l'ouverture du trou de ver.
Ils finissent par trouver Lusamine qui fusionne avec Nihilego pour devenir un patron ultra-tentaculaire, mais heureusement, elle n'essaye pas de violer sa fille.
Après avoir vaincu la forme finale de Lusamine, ils quittent l'Ultra Space et scellent les Ultra Wormholes, sauvant Alola d'une destruction complète. Le personnage-joueur a la possibilité de combattre Nebby et de devenir son proxénète. Après avoir affronté les Ultra Beasts, capturé Nebby et maîtrisé Lusamine, le voyage pour devenir un Grand Champion continue.
Le dernier défi de Pokemon Sun ainsi que Lune se déroule sur le mont Lanakila, où le Grand Champion est couronné après avoir vaincu les Elite Four, composés d'anciens donneurs d'essai tels qu'Olivia, Aceroyal, Kahilia et Hula. La bataille finale couronnera le tout premier Grand Champion de la Ligue Pokémon d'Alola et tentera de faire reconnaître la région afin qu'elle puisse éventuellement devenir champion du monde Pokemom. Ce dernier combat voit les joueurs affronter le professeur Kukui dans une bagarre totale pour devenir le tout premier Grand Champion d'Alola.
Ensuite, ils organisent une grande fête, mais Lillie et le personnage-joueur se faufilent vers le sanctuaire où elle se dirigeait initialement au début du jeu avec Nebby. Ils se rendent au sanctuaire pour découvrir Tapu Koko, engageant une dernière bataille avec le grand gardien des îles Alola. Les joueurs ont la possibilité de capturer avec succès le Pokémon.
Lillie décide finalement de partir pour aller s'occuper de sa mère alitée, Lusamine. Hau promet de lui écrire et le personnage-joueur rentre chez sa mère au fur et à mesure que le générique défile.
