In einer Mülldeponie in der gesetzlosen Siedlung Scrapyard, weit unterhalb der geheimnisvollen Weltraumstadt Zalem, macht der gedemütigte 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. Während Alita sich an keine Details ihres früheren Lebens erinnert, erweckt ein Moment der Verzweiflung in ihr die legendäre Kampfkunstschule Panzer Kunst.