Évszázadok múlva a jövőben, Iron City roncstelepén egy kiber-doktor, Ido, rábukkan a magára hagyott, eszméletlen kiborglányra, Alitára, és magával viszi klinikájára. Magához térve, Alita képtelen felidézni, kicsoda ő, és a világról sincsenek ismeretei; minden új élményt jelent számára. Próbál hozzászokni új életéhez és Iron City veszedelmekkel teli utcáihoz, miközben Ido óvná őt rejtélyes múltjától. A lány összebarátkozik a talpraesett Hugóval, aki viszont inkább segítene neki visszanyerni emlékezetét. A két fiatal egyre közelebb kerül egymáshoz, ám az Alita nyomában járó halálos erők hamarosan fenyegetést kezdenek jelenteni kapcsolatukra. Ekkor ébred rá a lány, hogy különleges harci képességekkel rendelkezik, amiket barátai és szerettei védelmezésére fordíthat. Elhatározza, hogy fényt derít származására; Alita olyan útra indul, ami során megmérkőzik e sötét, romlott világ igazságtalanságaival, és azt is felfedezi, hogy egyetlen fiatal nő is képes változtatni a világon, amiben él.