Der Arzt Dr. Dyson Ido (Christoph Waltz) lebt in der fernen Zukunft in der düsteren und brutalen Stadt Iron City. Eines Tages findet er den Kopf eines weiblichen Cyborgs und baut ihr einen neuen Körper. Das Robotermädchen hat keinerlei Erinnerung an ihr bisheriges Leben und Ido setzt alles daran, sie vor ihrer außergewöhnlichen Vergangenheit zu beschützen, während er Alita (Rosa Salazar) - wie er sie nennt - wie seine Tochter aufzieht. Ihr Freund Hugo (Keean Johnson) hingegen setzt alles daran, dass sich die Androidin wieder an ihre Vergangenheit erinnert und die Herrscher von Iron City machen bald Jagd auf Alita. Denn sie verfügt über einzigartige Kampffähigkeiten, die sich die Obrigkeit zunutze machen will. Gleichzeitig könnten Alitas Fähigkeiten jedoch auch der Schlüssel sein, um Iron City und Alitas Freunde und Familie zu retten…
