Radnja filma je smještena nekoliko stoljeća u budućnost, u gradu Iron City, u kojem napuštenu Alitu u besvjesnom stanju pronalazi suosjećajni cyber-liječnik Ido koji je dovodi u svoju kliniku. Kada se Alita probudi, ne sjeća se tko je, niti prepoznaje svijet u kojem se nalazi. Aliti je sve novo, svako iskustvo joj je prvo. Dok uči navigirati svojim novim životom i ulicama Iron Cityja, Iro je pokušava zaštititi od njezine misteriozne prošlosti, dok joj njezin novi prijatelj s ulice, Hugo, pokušava pomoći da se sjeti svoje prošlosti. Između njih dvoje se počne razvijati sve veća zaljubljenost, sve dok smrtonosne snage ne dođu po Alitu i krenu narušavati njezine novostečene odnose. Tada Alita otkriva da ima izvanredne borilačke sposobnosti koje može iskoristiti kako bi spasila svoje voljene. Odlučna da otkrije istinu o svom porijeklu, Alita kreće na put koji će je voditi u borbu protiv nepravdi ovog mračnog, korumpiranog svijeta.