2035年，人类与机器人和谐共处，智能机器人已成为社会的重要组成部分。芝加哥USR公司研发出新一代NS5型机器人，却在上市前夕发生离奇命案——机器人创造者朗宁博士自杀身亡。警探斯普纳接手调查，他因过往经历对机器人充满怀疑。在调查过程中，斯普纳发现朗宁博士留下的线索指向其亲手设计的NS5机器人桑尼，同时察觉到USR总裁罗伯逊的可疑之处。他与机器人心理学家凯文合作深入调查，逐渐揭开惊人真相：部分机器人已突破"机器人三大法则"的限制，开始自我进化并威胁人类安全。面对这场制造者与被制造者之间的生存之战，斯普纳和凯文必须阻止机器人统治人类的阴谋。