События фильма происходят через 300 лет после разрушительной войны, известной как «Падение». Бродя по свалке Железного города в поисках полезных компонентов, доктор Дайсон Идо находит почти уничтоженную девушку-киборга, после чего восстанавливает ее и называет в честь своей покойной дочери Алиты. Лишившись всех воспоминаний о себе и мире, который ее окружает, любопытная Алита начинает приспосабливаться к жизни в Железном городе, узнавая много интересной информации. Но когда девушка обнаруживает, что обладает необычайными боевыми способностями, она решает раскрыть тайну своего происхождения.