Alita (Rosa Salazar) budzi się w świecie przyszłości, którego w żaden sposób nie poznaje. Nie ma żadnych wspomnień i nie wie, kim jest. Opiekę nad nią roztacza lekarz Ido (Christoph Waltz), który szybko uświadamia sobie, że w ciele cyborga kryje się serce i dusza młodej kobiety o niezwykłej przeszłości. Podczas gdy Ido stara się ochronić ją przed jej tajemniczą historią, nowy przyjaciel Hugo (Keean Johnson) twierdzi, że zna sposób, by przywrócić jej pamięć. Kiedy potężni i skorumpowani przedstawiciele władzy rzucają jej wyzwanie, Alita odkrywa klucz do swej przeszłości, którymi są niezwykłe zdolności bojowe. Teraz musi ona stawić czoła potężnemu wrogowi, aby ocalić siebie, swoich przyjaciół, rodzinę i świat, który zdążyła już pokochać.