本片根据同名漫画改编而成，故事设定在26世纪，那时科技已经可以重塑人类的大部分器官，不少人都换上了机械的身体。主人公艾德某天在垃圾堆里找到一个少女的机械残躯。艾德把她救活并将其命名为阿丽塔，但她已失去了以前的记忆。在一次偶然的机会下，艾德发现阿丽塔原来有着超强的战斗力，注定了她的使命就是要不停的战斗。