Quando Alita desperta sem memória de quem ela é em um mundo futuro que ela não reconhece, 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.