En un futuro distópico en que la guerra ha borrado a las ciudades del mapa, la humanidad parece haber quedado reducida a dos enclaves: la idílica Zalem, ciudad flotante, y la depauperada y peligrosa Ciudad de Hierro que se erige bajo ella y que es receptora de toda la basura que cae de ésta. Allí, humanos y máquinas viven en una particular simbiosis, con sus cuerpos tuneados a partir de acoples mecánicos. Ningún nacido en Ciudad de Hierro puede ascender a Zalem, y probablemente nadie originario de Zalem querría acercarse a la Ciudad de Hierro. La única manera de cambiar de estamento es coronarse campeón del peligroso deporte Motorball, ganando así el salvoconducto para pasar a una vida mejor.
Un día, mientras busca repuestos en el vertedero, el doctor Dyson Ido encuentra el busto de una cyborg que parece estar vivo y ser plenamente funcional. En su laboratorio consigue recomponerlo a partir de las piezas de un cuerpo sintético que había elaborado para su difunta hija, de la que le otorga el nombre, Alita. La cyborg, tras despertar de su letargo, no conserva memoria alguna de su vida anterior, por lo que tendrá que aprender las normas que rigen el peligroso mundo al que ha ido a parar, donde los piratas no dudan en desmembrar a sus víctimas para revender sus órganos y acoples mecánicos. No obstante, Alita pronto descubre que en su interior alberga un potencial nunca antes visto que despertará el interés de los piratas tanto en Ciudad de Hierro como en Zalem; y en las oleadas de recuerdos que de pronto le llegan vislumbra un pasado castrense y una misión por cumplir.
La película termina resultando fría y bidimensional; casi como si los realizadores hubieran estado más preocupados por lo espectacular de las peleas y los efectos que por lo realmente importante
Aunque es Robert Rodríguez el director encargado de dar forma a la película, realmente tanto por la estética como por la construcción narrativa es innegable la presencia del estilo de su productor y guionista, James Cameron. Con una historia adaptada de las viñetas ideadas por Yukito Kishiro en los noventa, el filme presenta una factura visual espectacular en la que se combina la animación y la imagen real, y desarrolla un relato que explora temas profundos como la propia identidad, la lucha de clases, o la relación entre la humanidad y la tecnología.
Sin embargo, pese a lo interesante de su premisa, la complejidad de su relato y el buen hacer de sus intérpretes —incluso la protagonista, aunque generada por ordenador, ha sido modelada a partir de la interpretación de Rosa Salazar—, la película termina resultando fría y bidimensional; casi como si los realizadores hubieran estado más preocupados por lo espectacular de las peleas y los efectos que por lo realmente importante.