A távoli jövő világa nem egy ideális hely az élethez, mégis élnek ott olyan emberek, akik önzetlenül segítenek másokon. Ido kiberdoktor (Christoph Waltz) például szeméttelepeket kutat át, hogy működő alkatrészeket találjon, amelyeket beültethet olyan emberekbe, akik elvesztették testrészeiket. Így fedezi fel Alitát (Rosa Salazar), egy sérült kiborgot, akinek egy tinilány szíve és lelke van, és visszahozza az életbe.


Amikor felébred, Alita semmit sem tud. 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 árnyoldalait 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 hétköznapi kiberlányból harcoló angyal lesz. És végre eszébe jut, hogy mi is a küldetése...