Alita (Rosa Salazar) se despierta sin recuerdo de quién es en un mundo futuro que no reconoce. La acoge Ido (Christoph Waltz), un compasivo doctor que percibe que en algún lugar de esta coraza cyborg abandonada se haya el alma de una joven con un pasado extraordinario. A medida que Alita aprende a navegar esta nueva vida, Ido la protege de su misteriosa vida anterior, mientras que Hugo (Keean Johnson), su nuevo amigo callejero, le ofrece ayuda para recuperar sus recuerdos. No es hasta que se encuentra en peligro que descubre sus habilidades especiales de lucha, las cuales podrían ser la clave para salvar a sus amigos, familias, y el mundo que ha aprendido a amar.