Kaukaisessa tulevaisuudessa kyberneetikko Ido löytää Iron Cityn kaatopaikalta Alitan, tajuttoman ja hylätyn kyborgin. Herätessään Idon klinikalta Alita ei muista kuka hän on eikä hän myöskään tiedä, millaisessa maailmassa elää. Kaikki on Alitalle uutta ja hän opettelee luovimaan uudessa elämässään vaarallisessa Iron Cityssä. Ido yrittää suojella Alitaa tämän salaperäiseltä menneisyydeltä, kun taas uusi ystävä Hugo sitä vastoin tarjoutuu auttamaan Alitaa muistojen palauttamisessa.