No mundo futurista de Metro City, uma metrópole reluzente no céu, o genial cientista Dr. Tenma cria Astro Boy para substituir o filho que ele perdeu, programando a sua criação com a melhor das características humanas e seus valores, bem como dando a ele superpoderes extraordinários. Expulso quando ele não consegue cumprir a as expectativas do pai em luto, Astro Boy tem um duplo desafio pela frente: aprender a conviver como um robô e encarar que não é um ser humano.