A távoli jövőben Ido, az orvos Iron City roncstelepén egy különleges kiborgra bukkan. Alitának semmilyen emléke sincs a múltjáról, minden új számára ebben a világban. Ido megpróbálja mindentől megóvni a lányt, Alita azonban lázasan kutat múltja után. Rövidesen megismerkedik Hugoval, aki megpróbál segíteni Alitának, ám csakhamar halálos veszélybe kerülnek. A kiborglány folyamatosan újabb és újabb dolgokat ismer meg önmagáról, és rájön, hogy képességeit akár szerettei védelmezésére is használhatja.