天空城下的垃圾場中，博士發現了一個沉睡的改造人
博士經過一番修復，改造人甦醒了過來
博士給她取名阿麗塔，並帶她了解現在的世界
阿麗塔從機甲巡邏兵腳下救出小狗
阿麗塔偶遇小帥，在邂逅中阿麗塔對小帥很有好感
儘管很多人經過機械化改造，身體已經變得非常強悍，但依然不少人來找博士進行修理，可見這是個殘酷的世界，一個名叫雪蓮的人對阿麗塔很感興趣，她是博士的前妻，原來阿麗塔的軀體是博士原本用來救女兒的
小帥邀請阿麗塔加入小夥伴們一起玩球，阿麗塔一下就喜歡上了這項運動，雪蓮和一個墨鏡男走的很近，而墨鏡男正是地面世界的一個大佬，不過其實也是個傀儡，真正的幕後是天空城上的boos，小帥的夢想就是攢夠錢然後去天空城生活
阿麗塔發現博士經常晚上出門，好奇跟隨發現博士正準備對一個路人動手，阿麗塔上前阻止
結果發現那個路人其實是個殺手，原來博士是獵人，相當於城市執法者，博士讓阿麗塔快跑，但阿麗塔選擇與殺手戰鬥
沒想到阿麗塔是個戰鬥高手，連她自己都沒想到，戰鬥中阿麗塔回憶起一點片段，她可能曾是火鐮軍的戰士，火鐮軍在三百年前的聖戰中戰敗給天空城一方
阿麗塔也想註冊成為獵人，但博士勸她不要這麼做
至於博士為什麼選擇當獵人，因為他曾眼睜睜看著女兒遇害卻什麼都做不了，後來他狠下決心，打造出強大武器，註冊獵人，專門獵殺城市裡的惡人來撫慰自己的內心
剛才被阿麗塔打敗的大壯是墨鏡男的手下，回到總部接受修理，博士通過對阿麗塔的分析，覺得她曾經很可能是個厲害的戰士
天空城的boos可以遙控墨鏡男與雪蓮對話，表示對大壯的失敗很不滿
小帥邀請阿麗塔觀看真正的球賽，簡直就是機甲間的戰鬥，其中一個參賽選手憑藉鎖鏈鐵爪表現優異
表現優異的選手雖然獲得優勝但不幸的是被墨鏡男盯上了
賽後一群蒙面人把優勝選手擒住切下鎖鏈鐵爪，這群蒙面人居然是小帥和他的小夥伴，他們將鐵爪交給墨鏡男然後拿到報酬，小帥為了去天空城還真的是不擇手段
阿麗塔還有小帥以及小夥伴們來到火鐮軍遺落的戰機處
阿麗塔直接跳入水中進入戰機
憑藉潛意識裡的解鎖密碼取回了一副軀體，她拜託博士想使用這副身體
博士擔心不了解火鐮軍的技術太危險而拒絕，這讓阿麗塔很生氣，於是直接去註冊了獵人
阿麗塔來到獵人們常來的酒吧，想鼓動大家一起對抗墨鏡男的強大勢力，卻受到嘲笑，扎潘是個很厲害的獵人也上前挑釁
阿麗塔和扎潘一言不合直接動手，讓所有人沒想到的是，這個有著天使面龐的小姑娘戰鬥力驚人，一時間酒吧里打作一團
博士前來阻止打鬥，所有人都忌憚博士的維修作用於是停手。此時大壯走了進來要找阿麗塔報仇，其他人都選擇袖手旁觀
大壯安裝了之前小帥他們搶來的鎖鏈鐵爪，小帥一看就後悔了，當初不該把這武器交給墨鏡男的，如今阿麗塔有麻煩了，大壯把阿麗塔引到地下場地戰鬥
有新武器的大壯明顯戰力提升，阿麗塔眼看陷入絕境，她憑藉堅韌的意志絕地反擊，正好博士等人趕來助戰才讓阿麗塔撿回一條命
阿麗塔原先的軀體已經被毀，博士給她裝了她從火鐮軍戰機帶回的身體
獲得新軀體的阿麗塔明顯戰力提升，這副軀體甚至具有自我修復的能力，另一邊大壯也在進行修復，天空城boos又控制墨鏡男給大壯講課
阿麗塔與小帥走到一起後，阿麗塔說願意用這副身體中最核心的部分換錢讓小帥去天空城，小帥斷然拒絕
阿麗塔參加球賽，希望能從中有所收益這樣就可以幫助小帥實現夢想
小帥為了阿麗塔放棄繼續當蒙面大盜傷害改造人
扎潘因為之前的事對阿麗塔懷恨在心，但他深知自己不是阿麗塔的對手，於是陷害小帥變成兇手，他又利用自己獵人身份追殺小帥
阿麗塔這邊，球賽對她來說會是一場惡戰，因為其他所有參賽選手，都被墨鏡男買通，目標就是幹掉阿麗塔
但阿麗塔現在戰力非常驚人，對戰他們像砍瓜切菜一樣，小帥打來電話求救
阿麗塔得知小帥被扎潘追殺立刻衝出比賽場地前往營救
雖然阿麗塔及時趕到，但現在小帥身份是兇手，阿麗塔說如果動手也得由她來，扎潘這招誅心確實狠
雪蓮不忍心看到阿麗塔為難，畢竟其有自己女兒的影子，於是告訴阿麗塔解決辦法，讓小帥的大腦部分和阿麗塔共享生命系統，小帥身體會是死亡狀態，這樣可以騙過機械執法者
機械執法者確實被騙了過去，但扎潘卻看出端倪上前推搡，扎潘被判定搶奪其他獵人獵物，阿麗塔趁機重創扎潘
博士把小帥改造成半機械人才使他撿回一條命
阿麗塔受夠了這壓抑的獵人機制，以及被天空城boos幕後控制的城市，直接單槍匹馬闖入獵人註冊所，解決一眾機械執法者，來到墨鏡男辦公室
但她找的其實是天空城boos，大壯也走了過來，以為鎖鏈鐵爪還能旗開得勝，但他錯了
阿麗塔現在的軀體擁有火鐮軍科技，而且之前重創扎潘後還拿了他的戰刀，在自己藍色火焰的加持下，那刀削鐵如泥
大壯被擊殺，阿麗塔通過墨鏡男與天空城boos對話，得知光是攢夠錢根本不可能上天空城生活，只有獲得球賽優勝才可以
此時小帥放不下登上天空城的執念，想沿著物資流放管道爬上天空城，然而這根本就是死路一條，管道上有致命機關，阿麗塔趕來，勸小帥不要衝動，她會想辦法的
可小帥眼看天空城就在那，也許自己努力一下就到了，結果在機關划過後身體被斬斷，阿麗塔在他摔下前抓住了他
然而小帥手臂斷裂從高空墜下殞命
阿麗塔懷著決心，繼續參加球賽，勢必要拿到優勝，她站在高台上手舉戰刀指向天空城，讓那boos等著吧，自己遲早會與之決戰的