In einer Müllhalde in der gesetzlosen Siedlung Scrapyard, weit unterhalb der mysteriösen Weltraumstadt Zalem, macht der in Ungnade gefallene 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 keine Details ihres früheren Lebens erinnert, erweckt ein Moment der Verzweiflung in ihren Nerven die legendäre Kampfkunstschule Panzer Kunst. An einem Ort, an dem es keine Gerechtigkeit gibt, außer der, die die Menschen selbst schaffen, beschließt Alita, eine Jäger-Killerin zu werden, die jene aufspürt und ausschaltet, die sich an den Schwachen vergehen. Aber kann sie ihre Menschlichkeit bewahren, während sie sich in ihrer eigenen Blutlust suhlt?