Vào thế kỉ 23, năm 2263, một cuộc chiến tranh thảm khốc tên là "The Fall" (Sự sụp đổ) đã xảy ra. Khoảng 300 năm sau, vào thế kỉ 26, năm 2563, Trái Đất bị tàn phá do cuộc chiến tranh đó. Trong khi thăm dò khu đô thị của thành phố Sắt, tiến sĩ Dyson Ido đã tình cờ phát hiện ra một nữ người máy bị hư hại nửa cơ thể, sở hữu bộ não con người và trái tim hoàn toàn nguyên vẹn tại một bãi phế liệu. Ido đã tái tạo lại người máy và đặt tên cho cô là "Alita" theo tên của người con gái đã mất của ông. Alita không hề nhớ gì về kí ức của cô cũng như thế giới mình đang sống, cho đến khi cô nhận ra mình là một vũ khí siêu tân tiến nửa người nửa máy, với bộ não phi thường và đôi tay, chân nhanh nhẹn.