未来26世纪，科技发展，人类与机械改造人共存，弱肉强食是钢铁城唯一的生存法则。依德（克里斯托夫·沃尔兹 饰）是钢铁城著名的改造人医生，他在垃圾场发现了一个半机械少女残躯，依德医生将其拯救后为她取名阿丽塔（罗莎·萨拉扎尔 饰）。阿丽塔虽然重获生命却失去了记忆，如一个新生儿一样对这个世界充满新鲜感。在依德医生与好友雨果（基恩·约翰逊 饰）的帮助下，她逐步适应着新生活和街头险恶。一次偶然的机会，阿丽塔发现自己竟有着惊人的战斗天赋。 一次次猎杀激发着她的觉醒，阿丽塔逐渐明白自己注定为战斗而生，为正义而战。一场揭开自己身世之谜，并打破宇宙旧秩序的史诗级冒险之旅就这样展开。