TBS系で1974年〜1975年にかけて放送された第二期ウルトラシリーズの最終作。全51話。
本放送当時に流行していたカンフー映画の影響やオイルショックなどによる予算的な問題からアクションシーンに重点が置かれたため、レオは格闘技で怪獣を倒すことが多かった*2。これ以外にも当時流行していたスポ根アニメの作風を取り入れ、一度は怪獣に敗れたレオ=おおとりゲンがモロボシダン隊長との特訓から必殺技を編み出しリベンジするのが、初期の基本フォーマットとなっていた*3。また、レオ=おおとりゲンの孤独な戦いを描いた第4クールの「恐怖の円盤生物シリーズ」は意欲作として評価されている。
レオはそれまでのウルトラマンと違い、M78星雲出身ではなく獅子座L77星の生まれである。マグマ星人によって故郷が滅ぼされたため、地球に移住。地球人・おおとりゲンとして暮らしていたが、マグマ星人と戦闘中のウルトラセブンを救うために変身。この戦いで変身不能になったモロボシダン=セブンから地球の平和を守るように頼まれる。「あそこに沈む夕日が私なら、明日の朝日はウルトラマンレオ、お前だ」
生き別れた弟のアストラと再会を果たし、後に彼もウルトラ兄弟の一人としても認められるようになった。
作中に登場する地球防衛組織。MACは略称で「Monster Attacking Crew」が正式名称。アジア支部の隊長はモロボシダン。隊員に殉職者が多く、第40話『MAC全滅!円盤は生物だった!』において、円盤生物シルバーブルーメの襲撃を受け、おおとりゲンを除いて全滅させられたためファンからは「ウルトラシリーズ最弱の防衛チーム」と呼ばれることもある。