모두가 갈망하는 공중도시와 그들을 위해 존재하는 고철도시로 나누어진 26세기. 고철 더미 속 모든 기억을 잃은 채 깨어난 알리타는 마음 따뜻한 의사 이도의 보살핌으로 새로운 삶을 시작한다. 이도는 사이보그인 알리타에게 특별한 과거의 비밀과 영혼이 존재한다는 사실을 깨닫고 미스터리한 과거로부터 그녀를 지키고자 한다. 한편 새로운 친구 휴고는 알리타가 위험한 고철도시를 헤쳐나갈 수 있는 방법과 함께 기억을 되찾도록 돕는다. 알리타가 자신의 과거에 다가갈수록 도시를 지배하는 악랄한 세력들이 그녀를 노리며 제거하려고 하는데...
씬 시티의 절대권력 ‘로어크’와의 도박판에 끼어든 겁 없는 겜블러 ‘조니’(조셉 고든-레빗)는 도박에서는 승리하지만 ‘로어크’에게 처절한 응징을 당하게 되고 그를 향한 복수의 칼날을 간다. 부패한 권력의 도시 씬 시티의 마지막 로맨티스트 ‘드와이트’(조슈 브롤린)는 용서를 구하는 옛 연인 ‘아바’(에바 그린)의 유혹에 넘어가 그녀의 남편을 살해하지만 결국 그 자신도 ‘아바’에 의해 위험에 처한다. 밤의 여신 ‘낸시’(제시카 알바)는 자신의 은인이자 연인 ‘하티건’(브루스 윌리스)을 잃고 ‘하티건’을 죽음으로 몰고 간 ‘로어크’를 향한 복수를 다짐한다. 이 모든 상황을 지켜보던 도시의 지배자 ‘마브’(미키 루크)는 이들의 복수에 가세한다. 씬 시티의 절대 악 ‘로어크’는 과연 제거 될 수 있을 것인가! 다크히어로의 부활을 맞이하라!
때는 1870년대. 오른쪽 뺨 전체에 큰 흉터를 가진 떠돌이 총잡이 조나 헥스는 전설적인 현상금 사냥꾼(바운티 헌터)이다. 금욕주의자이기도 한 그의 유일한 인간관계는 매춘부인 라일라 뿐인데, 그녀 역시 지울 수 없는 마음의 상처를 지닌 채 살아가고 있다. 그러던 어느날, 미국 군대는 조나에게 그의 목에 걸려있는 현상수배를 없애주는 조건으로 위험한 테러리스트 퀜틴 턴벌을 잡아올 것을 제안한다. 자신의 군대를 가진 퀜틴은 조나의 가족을 살해하고 그의 얼굴에 흉터를 남긴 장본인. 이제 둘 사이의 목숨을 건 대결이 시작되는데...
