故事发生在遥远的26世纪，外科医生依德（克里斯托弗·瓦尔兹 Christoph Waltz 饰）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，并取名阿丽塔（罗莎·萨拉扎尔 Rosa Salazar 饰）。苏醒后的阿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，在结识了青年雨果（基恩·约翰逊 Keean Johnson 饰）后，阿丽塔开始接触名为机动球的运动，并在比赛中展现出了惊人的格斗天赋。　　在废铁城居民们的头顶，漂浮着巨大的浮空城市撒冷，废铁城居民们的一切劳作和付出，都是为了给撒冷提供继续运作的燃料。在大财阀维克特（马赫沙拉·阿里 Mahershala Ali 饰）所设立的机动球比赛中，最终获得冠军的人能够获得前往撒冷生活的资格，阿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。

尼克·班尼斯特（休·杰克曼 饰）是一名私家侦探。他的工作主要是帮助客户重拾遗忘的记忆，沉湎于幽暗诱人的逝去时光。尼克生活在因海平面上升而已经半淹没的迈阿密，然而当他接手了新客户梅（丽贝卡·弗格森 饰）之后，他的生活永远改变了。一次简单的寻回失物之任务，演变成一出危机重重的惊天迷局。尼克努力寻找着梅的失踪真相，而与整座城市存亡息息相关的巨型阴谋也逐渐浮现。他必须争分夺秒，破解回忆迷局，但他真的能在阴谋将自己吞噬前，找到梅失踪的真相吗？同时尼克也必须直面一个终极难题：为了留住你最爱的人，你到底愿意付出什么？

吴彦祖扮演骑摩托的孙悟空，是一位骁勇的战士，名叫Sunny，讲护送身负重任的少年(唐僧)，寻找传说中的极乐世界。