Auf der Müllhalde in Iron City findet Doktor Ido ein intaktes Cyborg-Hirn und erweckt es mit Hilfe eines von ihm entwickelten Körpers zu Leben: Alita kann sich zwar nicht an ihre Vergangenheit erinnern, erweist sich aber alsbald als geschickte Kämpferin. Mit Hilfe des gerissenen Straßenjungen Hugo macht sie sich auf die Suche nach Hinweisen, wer sie früher einmal war - und gerät dabei ins Visier der wahren Mächte der Stadt, die das geknechtete Volk mit Brot und Spielen bei Laune halten.