Cuenta la historia de Alita o Gally conocida con este nombre en la versión japonesa original, un cyborg femenino amnésico. Su cabeza intacta y su cofre, en animación suspendida, son encontrados por el experto en cibermedicina Daisuke Ido en el basurero local, quien logra revivirla, y, al descubrir que ha perdido la memoria, la llama Alita en honor a su gato fallecido.
Dias de estar despierta, Alita descubre que lo único que recuerda el legendario arte marcial Panzer Kunst. Con este nuevo arte se convierte en mercenaria Hunter-Warrior, matando criminales cyborg en el Scrapyard, y luego como jugador en el brutal deporte de Motorball. Mientras está en combate, Alita despierta recuerdos de su vida anterior en Marte. Ella se involucra con la ciudad flotante de Tiphares como uno de sus agentes, y es enviada a cazar criminales. Primero está el genio loco Desty Nova, quien choca con Alita antes de convertirse en su aliado.
