A história se passa em um cenário pós-apocalíptico ao estilo em que uma cidade chamada Zalém flutua no céu e em que há ciborgues e humanos convivendo. O engenheiro cibernético Daisuke Ido encontra no depósito de lixo da Cidade da Sucata, a qual fica abaixo de Zalém, um tronco de uma ciborgue inerte e a leva para a sua oficina onde a religa. Ao acordar, a ciborgue não tem qualquer recordação de sua vida anterior e nem do seu próprio nome, fato este que leva Daisuke Ido a dar-lhe o nome de seu gato de estimação falecido, Gally (Alita na edição dos EUA), e a reconstruir o seu corpo para que pudesse cria-la como sua filha.Mas com o passar do tempo, Gally descobre-se com habilidades de luta incomuns presentes em seu subconsciente além de uma vontade inata para combater...