Een slimme wetenschapper bouwt in het geheim een super-robot, die zijn overleden zoontje moet vervangen
De film gaat over een jonge robot met superkrachten. De briljante wetenschapper Temna had altijd graag een zoon willen hebben en maakt zelf een kleine robot, dat op een jongetje lijkt. Astro Boy is ontzettend snel, sterk en hij kan vliegen. Maar om een echte held te worden, moet hij nog veel leren. De jonge robot gaat op zoek naar een plek waar hij geaccepteerd wordt. Tijdens zijn zoektocht ontmoet hij allerlei nieuwe mensen die hem leren hoe het voelt om een mens te zijn. Maar Astro Boy wordt op de proef gesteld als een gevaarlijke robot de stad bedreigt. Nu zijn nieuwe vrienden in gevaar zijn, moet hij bewijzen dat hij een echte held is!