In einer Müllhalde in der gesetzlosen Siedlung Scrapyard, weit unterhalb der mysteriösen Weltraumstadt Zalem, macht der geächtete Cyber-Arzt Daisuke Ido eine seltsame Entdeckung: den abgetrennten Kopf einer Cyborg-Frau, die all ihre Erinnerungen verloren hat. Er nennt sie Alita und stattet sie mit einem mächtigen neuen Körper, dem Berserker, aus. Obwohl Alita sich an keine Einzelheiten ihres früheren Lebens erinnert, erweckt ein Moment der Verzweiflung in ihren Nerven die legendäre Kampfkunstschule namens Panzer Kunst wieder zum Leben.