Hikaye cyborg teknolojisine sahip bir zamanda geçmektedir. Tiphares(Zalem yada Salem) denilen ve elit sınıfın yaşadığı havada yüzen şehrin altında, Tiphares’in her türlü ihtiyacının karşılandığı ve atıklarının boşaltıldığı geniş bir yerleşim alanı vardır. Binalar, aşağı tabakadan insanlar ve çöp yığınlarından oluşan bu yerin etrafı çöllerle çevrilidir ve Tiphares’in gıda ihtiyacını karşılayan vaha benzeri tarımsal üretim merkezleri bu bölgelerde yer almaktadır. Tiphares’in altındaki bu çöp şehirde yaşayan cyborg uzmanı Daisuke Ido, bir gün çöplükte işe yarar cyborg parçaları ararken bozulmamış bir dişi cyborg kafası bulur. Bu cyborg’a ölen kedisi Alita’nın adını veren Ido, ona başka bir cyborg’dan aldığı bedeni takar. Alita hafızasını yitirmiştir ama çok geçmeden içgüdüsel olarak efsanevi dövüş tekniği “Panzer Kunst”u kullanabildiği anlaşılır. Geçmişini ve varoluş nedenini öğrenmeye kararlı olan Alita’nın yolculuğu, Tiphares’in gizemini öğrenmeye kadar uzanan sayısız maceralar ile dolu olacaktır.