2045年，“全世界同时违约”爆发，对所有国家造成了严重的经济灾害。同时又因为人工智能的爆发性进化，世界陷入了受控的“可持续战争”之中。在这个近未来时代，人类还未衰退至能在日常生活中感受到人工智能带来的人类灭亡危机—— 在经历了内战与纷争，废墟累累的北美洲大陆西海岸，全身义体的义体人草薙素子，和巴特等原公安九课成员一起当着佣兵。他们隶属于针对电子脑犯罪和恐怖袭击的攻击性组织，有着卓越的电子脑与战斗技术，在这个时代可以说是如鱼得水。但是一种被称为“后人类”，有着强大智能与身体能力的生命突然出现在了他们面前。

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