タイムワープが可能になってから10年ほどたった西暦3000年の地球。不法な歴史修正などを監視する公的機関「時間保護局」に、1000年の圧縮冷凍刑が迫った大物マフィア、ドン・ドルネロが、自身の配下ごと2000年の日本へ逃亡した、との情報が入った。
時間保護局の特殊部隊「タイムレンジャー」隊長のリュウヤはユウリら4人の新人隊員と共に逮捕に向かうが、これはタイムワープ手段のないドルネロ一味の策略で、隊長もドルネロの情婦・リラが変装した偽者。彼らはドルネロが収容されたロンダー刑務所ごと時間保護局の船と一緒にタイムワープしてしまう。
西暦2000年の地球（日本）に放り出されたユウリたちは、ドルネロによって冷凍圧縮を解除されて暴れるロンダー刑務所の服役囚たちを鎮圧すべく、緊急時用の強化服システムを着用＝変身しようとするが、着装システムの「クロノチェンジャー」は時間保護局の1チーム規定人数である5人がいなければ初起動が出来ない、という制限があった。困った彼らは、放り出された自分達を介抱してくれた、リュウヤ隊長に瓜二つの20世紀人・浅見竜也を半ば強引にメンバーとして変身を遂げた。
成り行きでタイムレッドになった竜也ではあったが、巨大企業グループを率いる父からの自立を目指していた事情もあり、自らの意思で正式にタイムレンジャーに志願する。
一方、ユウリら4人は何とか時間保護局本部と連絡することに成功するが、本部からはドルネロの逃走によって生じた歴史の歪みを拡大しないために、ドルネロと、ドルネロによって「ロンダーズ・ファミリー」と名づけられた服役囚たちを全員逮捕するまで20世紀に留まるよう厳命されてしまう。
こうして4人は、竜也と共に2000年の現代で暮らしながら、ロンダーズ構成員達の犯罪行為の阻止及び逮捕に取り組む事となる。
様々な実験要素を導入し、高年齢層も視野に入れたハードなストーリー展開は、従来の特撮ファンからは高い評価を得た。反面、児童層には理解しにくい難しい内容になってしまったことは否めない。同時期に放送し、話題を呼んだ『仮面ライダークウガ』の効果もあり、視聴率は前年より多少向上したものの、児童層へのアピールは上手くいかず、玩具の売れ行きは前年比60%程度の不振だった。
そのため、翌年の『百獣戦隊ガオレンジャー』ではその反省を元にした策が講じられていくことになる。
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本作品の中盤より、次回予告の時間がそれまでの30秒から15秒に短縮されている。残りの15秒分が他の特撮・アニメの番宣タイムに充てられたためである。それ以前も視聴者プレゼントなどの関係で予告編が臨時に15秒になることはあり、その際は系列外地方局での遅れ放送のために30秒バージョンも別に制作していたが、このように予告編の基本時間が15秒となってからは30秒バージョンの制作はなくなり、系列外地方局での放送時は他番組番宣タイムをスポットCMで埋めることになった。現在、この他番組番宣タイムはスーパーヒーロータイムとしてのオープニング部分に充当されている。