В XXVI веке, через триста лет после Великой войны, люди пытаются выжить в городе, где руины соседствуют с неоном и металлом. В лабораториях доктора Идо он нередко ныряет в пыльные развалины ради редких находок, и однажды находит останки женщины-киборга среди хлама. Он тщательно восстанавливает её тело и возвращает к жизни, но память киборга исчезла вместе с ее прошлой личностью. Однако после пробуждения она обнаруживает в себе удивительную способность к бою: она может осваивать эффектные приемы, будто их учила сама судьба. Постепенно начинается поиск утраченной памяти и смысла существования, ведь прошлое скрыто за слоями железа и стали. Алита, как она сама себя называет, отправляется по опасным кварталам Iron City, встречая наставников и противников, дружбу и предательство. Внутренний конфликт между звериной силой воина и человеческими чувствами становится движущей силой её пути. Эта история о самопознании, свободе воли и выборе между жестокостью мира и человечностью внутри себя.
Фильм основан на манге "Gunnm" Юкито Кисиро (1990-1995). В США манга была издана под названием "Боевой ангел Алита" («Battle Angel Alita").
Продюсер Джеймс Кэмерон и режиссёр Роберт Родригес рассматривали на главную роль четырёх актрис — Зендею, Розу Салазар, Майку Монро и Беллу Торн. В конце концов на роль утвердили Салазар.
Рассмотреть кандидатуру Кристофа Вальца на роль доктора Дисона Идо Роберту Родригесу предложил их общий друг Квентин Тарантино.
В начале декабря 2005 года на сайте компании Mali Finn Casting был объявлен набор кандидаток на главную роль в фильме. Позже выяснилось, что произошла ошибка, и актриса требовалась на роль в фантастическом фильме Джеймса Кэмерона « Аватар » (2009).
На роль Хьюго претендовали актёры Эван Джогиа, Дуглас Бут, Джек Лауден и Ной Сильвер.