인간의 두뇌를 가진 기계 소녀 그녀는 인간인가? 기계인가? 진짜 나를 깨워라! 모두가 갈망하는 공중도시와 그들을 위해 존재하는 고철도시로 나누어진 26세기. 고철 더미 속 모든 기억을 잃은 채 깨어난 알리타는 마음 따뜻한 의사 이도의 보살핌으로 새로운 삶을 시작한다. 이도는 사이보그인 알리타에게 특별한 과거의 비밀과 영혼이 존재한다는 사실을 깨닫고 미스터리한 과거로부터 그녀를 지키고자 한다. 한편, 새로운 친구 휴고는 알리타가 위험한 고철도시를 헤쳐나갈 수 있는 방법과 함께 기억을 되찾도록 돕는다. 알리타가 자신의 과거에 다가 갈수록 도시를 지배하는 악랄한 세력들이 그녀를 노리며 제거하려고 하고 자신이 착취와 약탈의 고철도시를 구할 수 있는 열쇠임을 깨닫게 된 알리타는 사랑하는 가족과 친구, 새로운 세상을 위해 통제된 세상의 무시무시한 적들과 맞서게 되는데…