Auf dem Schrottplatz unterhalb der Himmelsstadt Zalem findet der Mechaniker Ido den Kopf eines weiblichen Cyborgs, dessen Gehirn noch intakt ist. Er baut ihr einen schönen mechanischen Körper und nennt sie Alita. Während Alita als Kopfgeldjägerin ihr Geld verdient, versucht sie verbissen hinter die dunklen Geheimnisse ihrer Vergangenheit als Mensch zu gelangen.