故事发生在遥远的26世纪,外科医生依德在垃圾场里捡到了只剩下头部的机械少女,将她带回家中,给她装上了本来为自己已故的女儿所准备的义体,并取名艾丽塔。苏醒后的艾丽塔对这个五彩斑斓但却暴力而又残酷的世界产生了浓厚的兴趣,并在机动球运动比赛中展现出惊人的格斗天赋。艾丽塔决定利用自己的格斗天赋参加比赛,却被卷入了一个巨大的阴谋之中。