鋼鐵城裏人類與機械改造人***存，弱肉強食是鋼鐵城中唯壹的生存法則。鋼鐵城中著名的改造人醫生依德（克裏斯托弗·瓦爾茲飾）在壹個垃圾場發現了壹個半機械少女的殘軀，他將其改造成為有著機械身體的少女，依德為重生的少女取名阿麗塔（羅莎·薩拉紮爾飾）。
阿麗塔失去了過往的記憶，猶如新生兒壹般對世界充滿好奇。她遇到了街頭少年雨果（基恩·約翰遜飾），兩人互生好感。天真爛漫的阿麗塔偶然間發現自己有著驚人的戰鬥力，而她在面對廝殺的過程中，慢慢恢復了記憶，也開始想起自己的使命。