Alita (Rosa Salazar) budzi się bez pamięci w świecie przyszłości, którego nie poznaje. Opiekę nad nią roztacza Ido (dwukrotny laureat Oscara Christoph Waltz), sympatyczny doktor, który uświadamia sobie, że w ciele porzuconego cyborga kryje się serce i dusza młodej kobiety o niezwykłej przeszłości.

Alita uczy się nowego życia na ulicach zdradliwego Miasta Złomu. Podczas gdy Ido stara się chronić ją przed jej własną tajemniczą historią, nowy przyjaciel Ality, Hugo (Keean Johnson), twierdzi, że zna sposób, by przywrócić jej pamięć. Dopiero, gdy potężne, śmiertelnie niebezpieczne i skorumpowane siły, które rządzą miastem, rzucają jej wyzwanie, Alita odkrywa klucz do swej przeszłości – posiada niezwykłe zdolności bojowe, a ci, którzy stoją u władzy, nie cofną się przed niczym, by przejąć nad nimi kontrolę. Jeśli Alicie uda się stawić im czoło, może ocalić swych przyjaciół, rodzinę i świat, który zdążyła pokochać.