故事发生在遥远的26世纪，外科医生依德（克里斯托弗·瓦尔兹ChristophWaltz饰）在垃圾场里捡到了只剩下头部的机械少女将她带回家中，给她装上了本来为自己已故的女儿所准备的义体，并取名阿丽塔（罗莎·萨拉扎尔RosaSalazar饰）。苏醒后的阿丽塔对这个五彩斑斓但却暴力而又残酷的世界产生了浓厚的兴趣，在结识了青年雨果（基恩·约翰逊KeeaJohso饰）后，阿丽塔开始接触名为机动球的运动，并在比赛中展现出了惊人的格斗天赋。在废铁城居民们的头顶，漂浮着巨大的浮空城市撒冷，废铁城居民们的一切劳作和付出，都

2045 年，世界陷入系统性的“持续战争”中，然而公众仍未意识到人类的存亡可能掌握在 AI 手里。在神秘的“新人类”出现后，全身义体化的少校草薙素子所在的公安九课作为雇佣兵登场。由于超级大国都试图把控局面，公安九课因此进行了重组。