故事发生在遥远的26世纪,外科医生依德(克里斯托弗·瓦尔兹 Christoph Waltz 饰)在垃圾场里捡到了只剩下头部的机械少女将她带回家中,给她装上了本来为自己已故的女儿所准备的义体,并取名阿丽塔(罗莎·萨拉扎尔 Rosa Salazar 饰)。苏醒后的阿丽塔对这个五彩斑斓但却暴力而又残酷的世界产生了浓厚的兴趣,在结识了青年雨果(基恩·约翰逊 Keean Johnson 饰)后,阿丽塔开始接触名为机动球的运动,并在比赛中展现出了惊人的格斗天赋。
在废铁城居民们的头顶,漂浮着巨大的浮空城市撒冷,废铁城居民们的一切劳作和付出,都是为了给撒冷提供继续运作的燃料。在大财阀维克特(马赫沙拉·阿里 Mahershala Ali 饰)所设立的机动球比赛中,最终获得冠军的人能够获得前往撒冷生活的资格,阿丽塔决定利用自己的格斗天赋参加比赛,却被卷入了一个巨大的阴...
美国中西部某个小镇,玩偶制作师塞缪尔·穆林斯(安东尼·拉帕格利亚 Anthony LaPaglia 饰)和妻子埃丝特·穆林斯(米兰达·奥图 Miranda Otto 饰)女儿安娜贝尔(萨马拉·李 Samara Lee 饰)过着幸福无忧的生活,然而突如其来的车祸夺走了安娜贝尔的生命,穆林斯一家的生活从此陷入黑暗之中。12年后,一辆老旧的大巴拉来了修女夏洛特(斯黛芬妮·西格曼 Stephanie Sigman 饰)及其收养的孩子,从此之后,穆林斯的房子便成为了她们暂时落脚的新的孤儿院。
此时的塞缪尔面色阴郁,他引领孩子们参观这座房子,却独独禁止女孩们步入安娜贝尔的房间。好奇心颇重的琳达和珍妮丝没有听从塞缪尔的话,她们由此打开了恐怖的大门……