Siglo XXVI. Alita (Rosa Salazar) es una cyborg semi-humana a la que rescata de entre la chatarra el Doctor Dyson Ido (Christoph Waltz), un científico que la reconstruye y la adopta como su hija. A medida que pasa el tiempo, queda patente que Alita posee unas habilidades de combate tan grandes como misteriosas. Incapaz de recordar su propio pasado, la joven cyborg se pondrá a prueba frente a situaciones que hagan florecer estas habilidades, de forma que pueda obtener respuestas sobre su origen. Se iniciará así una aventura por descubrir la verdad sobre quién es en una lucha para cambiar el mundo.