O filme se passa no século 26 (mais precisamente no ano de 2563), 300 anos após a “A Queda”, uma guerra catastrófica que devastou o mundo. A trama ocorre praticamente o tempo todo na Cidade de Ferro, um caldeirão cultural, com pessoas de todas as partes do mundo (vivendo inclusive ao lado de robôs e ciborgs), mas sobrevivendo à sombra de Zalem, uma cidade aérea futurista, que vive às custas da Cidade de Ferro, extraindo produtos e mão-de-obra dos rejeitados abaixo. E é exatamente no entulho da cidade (rejeitos de Zalem, jogados lá de cima)que uma boa parcela de cidadãos tira seu sustento. Neste mesmo lugar, o dr. Dyson Ido (Christoph Waltz) encontra uma ciborgue semi-destruída (Rosa Salazar), com o cérebro em estado de hibernação, intacto, assim como seu coração. O médico, que é conhecido na cidade por consertar e recuperar ciborges, leva esta cigorgue destruída pra casa, a conserta, cuidando como se fosse sua filha (já falecida). É quando ele dá o nome de Alita para a recém-chegada. Em seguida, Alita conhece o jovem Hugo (Keean Johnson), por quem se apaixona. Mas Hugo guarda guarda segredos, que envolvem Vector (Mahershala Ali), o chefe do submundo e sua associada, a dra. Chiren (Jennifer Connelly), ex-esposa de Ido. Para sobreviver e também para descobrir informações sobre o seu passado Alita se torna uma poderosa caçadora de recompensas.
O filme é produzido por James Cameron e Jon Landau, e dirigido por Robert Rodriguez, a partir de um roteiro escrito por Cameron, Rodriguez e Laeta Kalogridis. O elenco é estrelado por Rosa Salazar, Christoph Waltz, Jennifer Connelly, Mahershala Ali, Ed Skrein, Jackie Earle Haley , Keean Johnson, Michelle Rodriguez, Lana Condor, Eiza González, Eiza González, Jorge Lendeborg Jr, Jeff Fahey, Casper Van Dien e Edward Norton.