A távoli jövő világa nem ideális hely az élethez, mégis élnek ott olyan emberek, akik önzetlenül segítenek másokon. A kiberdoktor Ido (Christoph Waltz) például szeméttelepeket kutat át, hogy működőképes alkatrészeket találjon, amelyeket beültethet olyan emberekbe, akik elvesztették valamelyik testrészüket. Így fedezi fel Alitát (Rosa Salazar), a sérült kiborgot, akinek szíve és lelke egy tinilányé, és visszahozza az életbe.
Ébredés után Alita egyáltalán nem tud semmit. Nem emlékszik a múltjára, nem ismeri fel a körülötte lévő világot, de azonnal rengeteg új információt szív magába. Alitát Hugo (Keean Johnson), egy fiatal lázadó motoros vezeti be társai életébe, aki már az első találkozásukkor lenyűgözi őt. Kíváncsisága révén Alita megismeri Iron City hátrányait is, ahol ő és Dr. Ido élnek.
A helyi alvilággal való fizikai összecsapás során rendkívüli, halálos képességeket fedez fel magában. Ebben a pillanatban egy bérgyilkoscsoport célkeresztjébe kerül, akik terrorizálják a várost, de most egyetlen küldetést kaptak: megtalálni és elpusztítani Alitát. Egy közönséges kiberlányból harcoló angyal lesz. És végre eszébe jut, hogy mi a küldetése...
