在26世纪的未来世界,一个完全丧失记忆的机械合成人“艾莉塔”(罗莎萨拉查 饰),被充满热心的合成人医师依德(克里斯多夫沃兹 饰)在废铁镇一处的废料场里拯救出来,将她从受损的状态中修护重建后,艾莉塔获得了全新的生命、样貌,以及力量。

苏醒过来的她,发掘所有的事物对她来说都是全新体验,正当她开始重新适应这个险恶的废铁镇新生活同时,依德也试着避开让艾莉塔寻回她神秘的过去,但她镇上的好友雨果(基安强生 饰)却起身帮助艾莉塔恢复过往记忆,同时也让两人的感情急速加温。

直到致命的威胁到来,危及着她所培养出来的全新感情,这才唤醒了她拥有保护朋友、家人及她的真爱的强大战斗功力。这一切更将引导著艾莉塔揭开社会的真相,并对抗黑暗且腐败世界的不公不义,最后更发现一个少女也可以有改变她所存在世界的力量。