Auf dem Schrottplatz unterhalb der Himmelsstadt Zalem findet der Mechaniker Ido eines Tages zufällig den Kopf eines weiblichen Cyborgs, dessen »Gehirn« noch funktionsfähig ist. In seiner Werkstatt entwirft er dem Cyborg einen wunderschönen mechanischen Körper und gibt seiner Schöpfung den Namen Alita. Nur langsam und bruchstückhaft gelingt es Alita jedoch, die Erinnerung an ihr vergangenes »Leben« zurückzugewinnen: Als Ido, der sich einen Teil seines Lebensunterhaltes als Verbrecherjäger verdient, eines Tages in einen Hinterhalt gerät, entdeckt sie plötzlich, daß sie die »Panzerkunst«, eine alte Kampftechnik, beherrscht. So wird Alita zum Battle Angel. Und sie verliebt sich in den jungen Hugo, dessen Traum es ist, die zu einer gigantischen Müllhalde verkommene Erde zu verlassen und ein neues Leben in Zalem beginnen zu können...