Nach dem Tod seines Sohnes entwickelt der Wissenschaftler Dr. Tenma einen Roboter mit Superkräften, der seinem Jungen sehr ähnlich sieht. Er wird damit aber auf Dauer nicht fertig und verstößt ihn. Damit beginnt für Astro Boy das größte Abenteuer seines Lebens.

2065: Nach dem Einschlag eines Meteors überschwemmen bösartige Aliens die Erde. Die Wissenschaftlerin Dr. Aki Ross birgt die letzte Hoffnung für die Menschheit. Unterstützt durch ihren Mentor Dr. Sid und die Soldatentruppe "Deep Eyes", unter Führung von Captain Gray Edwards, kämpft Dr. Ross nicht nur gegen die Aliens, sondern auch gegen General Hein, der auf eigene Faust versucht die Welt vor dem Untergang zu bewahren ...