Flera århundraden i framtiden hittas den övergivna Alita på ett skrotupplag i Iron City av cyberläkaren Ido som tar med sig den medvetslösa Alita till sin klinik. När Alita vaknar upp har hon inget minne kvar om vem hon är eller vilken värld hon befinner sig i - allt är nytt för henne, varje upplevelse är som den första. Samtidigt som hon lär sig ta sig fram i sitt nya liv bland Iron Citys förrädiska gator, försöker Ido skydda Alita från hennes mystiska förflutna. Dessutom försöker hennes nyfunna vän Hugo hjälpa till med att återskapa hennes minnen.