La surface de la Terre est désormais un immense dépotoir, abandonné par les privilégiés pour une ville flottante, Metro City. Là, le président sortant est prêt à tout pour sa réélection. Il lance l'essai d'un robot militaire, qui tourne mal, et le chercheur en chef, le professeur Tenma, y perd son fils Toby. Il décide alors de le recréer en fabriquant un robot à son image, doté de pouvoirs exceptionnels et des souvenirs de Toby. Mais l'enfant, qui croit être Toby, n'est pas identique à celui-ci, comprend son créateur qui le rejette. Il cherche sa place dans la vie, et devient Astro Boy.