Доктор Дайсон Идо (Кристоф Вальц) живет в далеком будущем в мрачном и жестоком городе. Однажды он находит голову девочки-робота и строит ей новое тело. У неё нет воспоминаний о ее прошлой жизни, и Идо делает все возможное, чтобы защитить её от её опасного прошлого, одновременно воспитывая Алиту (Роза Салазар), как он ее называет. Ее друг Хьюго (Кин Джонсон), с другой стороны, делает все возможное, чтобы робот вспомнил свое прошлое. Правители города вскоре выслеживают Алиту, потому что она обладает уникальными боевыми способностями, которыми власти хотят воспользоваться. В то же время способности Алиты могут стать ключом к спасению города, её друзей и семьи.
