在一片末日废墟中，机器人9号（伊利亚·伍德饰）醒来，发现自己身处一个危机四伏的世界。他带着一个画有三个奇怪符号的圆形物体逃到街上，却不幸遇到了发明家机器人2号（马丁·兰道饰）。为了给自己装上声音，9号与2号一同行动，但2号却被机器怪兽抓走。
9号四处寻找伙伴，最终找到了老兵1号（克里斯托弗·普卢默饰）、机械工5号（约翰·雷利饰）、疯癫画家6号（克里斯·格拉夫饰）和大力士8号（弗雷德·塔塔绍尔饰）。他们决定一起出发去援救2号，但在危急时刻被女武士7号（詹妮佛·康纳利饰）救下。然而，9号无意中令终极机器兽复活，这让他在思考自己从哪里来以及生存使命的问题。
带着这些问题，9号决定想尽办法制服机器兽，拯救全世界。他必须找到自己的过去，揭开真相，并与伙伴们一起面对即将到来的挑战。在这个过程中，9号将发现自己不仅仅是一个机器人，而是一个有着情感和责任的存在。
