Cuando Alita (Rosa Salazar) se despierta sin recordar quién es en un mundo futuro que no reconoce, Ido (Christoph Waltz), un médico compasivo, se da cuenta de que en algún lugar de ese caparazón de cyborg abandonado, está el corazón y alma de una mujer joven con un pasado extraordinario. Mientras Alita toma las riendas de su nueva vida y aprende a adaptarse a las peligrosas calles de Iron City, Ido tratará de protegerla de su propio pasado, mientras que su nuevo amigo Hugo (Keean Johnson) se ofrecerá, en cambio, a ayudarla a desenterrar sus recuerdos.