"Battle Angel Alita" spielt in einer postapokalyptischen Zukunft, in der die Welt von einer klassengetrennten Gesellschaft geprägt ist. Die Handlung beginnt in der Schrottstadt Scrapyard, einer riesigen Müllhalde unterhalb der schwebenden Stadt Zalem, die als letzte Bastion der Zivilisation gilt. Der kybernetische Wissenschaftler Daisuke Ido findet in den Trümmern den Kopf eines Cyborg-Mädchens, das er wiederbelebt und Alita nennt. Alita hat keine Erinnerungen an ihr früheres Leben, entwickelt jedoch schnell übermenschliche Fähigkeiten und einen starken Kampfinstinkt.

Ido nimmt Alita bei sich auf und versucht, ihr ein normales Leben zu ermöglichen. Doch Alita wird bald in die gewalttätige und korrupte Welt der Schrottstadt hineingezogen. Sie entdeckt, dass sie über einzigartige Kampffertigkeiten verfügt, die auf ihre Vergangenheit als Kriegerin hinweisen. Alita schließt sich dem Motorball-Sport an, einem brutalen Wettkampf, der als Unterhaltung für die Bewohner von Zalem dient, und nutzt dies, um ihre Fähigkeiten zu testen und ihre Identität zu erforschen.

Im Laufe der Geschichte wird Alita mit verschiedenen Gegnern konfrontiert, darunter andere Cyborgs, Verbrecher und mächtige Organisationen. Sie lernt auch Freunde wie den jungen Hugo kennen, der davon träumt, nach Zalem zu gelangen, und entwickelt eine tiefe emotionale Bindung zu ihm. Alitas Suche nach ihrer Vergangenheit führt sie zu Enthüllungen über ihre wahre Natur und ihre Verbindung zu den mysteriösen Technologien und Machtstrukturen, die die Welt beherrschen.

Die Handlung erkundet Themen wie Identität, Menschlichkeit und die moralischen Implikationen von Technologie. Alita steht im Mittelpunkt einer komplexen Erzählung, die Action, Science-Fiction und philosophische Fragen miteinander verbindet. Ihre Reise ist geprägt von persönlichem Wachstum, Konflikten und der Suche nach Wahrheit in einer Welt, die von Chaos und Ungerechtigkeit beherrscht wird.