XXVIe siècle. Épave de cyborg dont tous les souvenirs ont été effacés, Alita se réveille dans un monde qu’elle ne reconnaît pas. Le docteur Ido la prend sous son aile. Très vite, il soupçonne en elle des facultés hors du commun et cherche à la protéger de son passé mystérieux. Mais Alita part tout de même à la découverte des rues sordides d’Iron City, où elle se lie avec Hugo, un jeune trafiquant qui va s’efforcer, au contraire, de stimuler sa mémoire. Lorsque les forces maléfiques et corrompues qui règnent sur la ville la prennent pour cible, la jeune femme découvre qu’elle possède des capacités de guerrière sans égales. Or, les maîtres d’Iron City ne reculeront devant rien pour s’emparer de ce potentiel formidable…