Quando Alita desperta sem memória de quem é, em um mundo futurístico que não reconhece, ela é levada por Ido, um médico compassivo que percebe que em algum lugar nesta casca de ciborgue abandonada está o coração e alma de uma jovem mulher com um passado extraordinário. Enquanto Alita aprende a navegar sua nova vida e as ruas traiçoeiras da Cidade de Ferro, Ido tenta protegê-la de sua misteriosa história, enquanto seu novo amigo de rua Hugo oferece ajuda para recuperar suas memórias. Mas é somente quando as forças mortais e corruptas que controlam a cidade vêm atrás de Alita que ela descobre uma pista de seu passado, ela tem habilidades únicas de combate que os que estão no poder não conseguem controlar. Se ela puder ficar fora de seu alcance, pode ser a chave para salvar seus amigos, sua família e o mundo que ela está amando.