故事发生在悠远的26世纪，外科医生依德（克里斯托弗·瓦尔兹 Christoph Waltz 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，给她装上了原本为自己已故的女儿所预备的义体，并取名阿丽塔（罗莎·萨拉扎尔 Rosa Salazar 饰）。复苏后的阿丽塔对这个五彩斑斓但却暴力而又残酷的国际产生了浓厚的兴趣，在结识了青年雨果（基恩·约翰逊 Keean Johnson 饰）后，阿丽塔开端触摸名为机动球的运动，并在竞赛中展示出了惊人的搏斗天分。　　在废铁城居民们的头顶，漂浮着巨大的浮空城市撒冷，废铁城居民们的全部劳作和支付，都是为了给撒冷提供持续运作的燃料。在大财阀维克特（马赫沙拉·阿里 Mahershala Ali 饰）所设立的机动球竞赛中，终究获得冠军的人能够获得前往撒冷生活的资格，阿丽塔决议利用自己的搏斗天分参加竞赛，却被卷入了一个巨大的阴谋之中。