Berlatar di kota metropolitan yang futuristik, Astro Boy (Atom) adalah robot muda dengan kekuatan luar biasa yang diciptakan oleh seorang ilmuwan brilian dalam wujud putranya yang telah meninggal. Tidak mampu memenuhi harapan penciptanya, Astro memulai perjalanan untuk mencari penerimaan, mengalami pengkhianatan dan dunia bawah gladiator robot, sebelum kembali untuk menyelamatkan kota metropolitan dan berdamai dengan ayahnya yang menolaknya.