在未来世界，依德医生在垃圾场发现了只剩头部的机械少女，将其带回诊所并为她装上机械身体，取名阿丽塔。阿丽塔苏醒后失去记忆，却拥有远超常人的战斗本能。她结识了善良的雨果，逐渐适应新生活。然而，阿丽塔体内的战斗天赋被邪恶势力盯上，城市中存在着残酷的赏金猎人制度和地下格斗赛事。阿丽塔为了保护身边人，也为了探寻自己的身世，毅然投身战斗。她在一次次的战斗中不断成长，与各种强大对手交锋，最终揭开自己身为战斗天使的神秘过往，也为了正义与和平向邪恶势力发起挑战。