《阿丽塔：战斗天使》的故事发生在26世纪的未来世界，人类分为两个阶层：上层人居住在浮空的撒冷空间站，而下层人则生活在废墟般的钢铁城。钢铁城中，人类与机械改造人共存，弱肉强食是这里的生存法则。改造人医生依德在垃圾场发现了一个半机械少女的残躯，将她带回家并为其装配了新的机械身体，取名阿丽塔。阿丽塔醒来后失去了记忆，对世界充满好奇。她结识了街头少年雨果，两人逐渐产生感情。在一次偶然的机会中，阿丽塔发现自己拥有强大的战斗力，并在战斗中逐渐恢复记忆，意识到自己肩负着重要的使命。随着她对抗邪恶势力的过程，阿丽塔逐渐揭开了自己的身世之谜，并决心为正义而战。