该剧讲述了虽然内心充满正义,但过着老套刑警生活的主人公,某天体内性格不同的另一个人格“K”苏醒过来,铲除腐败警察,体现社会正义的故事。。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,并取名阿丽塔。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。。18岁那年沈瑕父母被毒贩杀害。为保护弟妹,她伪造火灾现场,独自背负血仇。为报仇她忍痛将弟妹送养,伪装成自私懦弱的废物暗中追凶。48岁沦为恶名昭著的罪犯,被弟妹怨恨。三妹用脑机技术直播提取她记忆公开"审判",二妹代入长姐视角后,发现了震撼真相。