大都市梅陀宝丽斯，被称之为本时代进步象征的超级摩天大厦正在举行落成典礼。手握本市实权的RED先生（石田太郎 配）台上演讲正酣，台下一名黑衣青年男子ROCK（冈田浩晖 配）却在警备重重下公然拔枪杀人，群众一阵哗然骚乱。目睹此事的日本侦探伴俊作，携外甥剑一（小林桂 配），开始进行全市的追凶调查。但是ROCK被判明只是射杀了机器人，凶手若无其事的离去了。
梅陀宝丽斯由先进的地上部分和颓败的地下部分构成二重结构的都市体系，在这个城市生存的人类中间，有从高度发达的机器人世界中受益，享受文明技术优越性的人，也有反之被机器人夺走工作无以糊口的人，还有要求让机器人同样享有人权自由的群众团体。随着调查的深入，实施的真相渐渐浮出水面，机器人和人类最终是一起平等生存，还是一起毁灭……
本片改编自手冢治虫出版于1949年的同名漫画。

本片由三段互无关联的故事组成。《她的回忆》：2092年，由伊瓦诺夫领导的太空垃圾回收飞船在返航途中接收到来自“宇宙坟场”的求救信号，特殊的是，信号中掺杂着歌剧《蝴蝶夫人》的唱段。队员汉兹与米格尔前往施救，却进入了一位歌剧演员艾娃的回忆，这些栩栩如生的回忆场景对船员们产生了威胁；《最臭兵器》：供职于制药公司的小职员田中信男拖着病体赶回公司，无意中服用了公司与军方合作的实验药品。自此信男成为了制造致命臭气的肉身工厂，对此毫不自知的信男却按照上司命令将药品样本送往东京总部，一路上引起大面积恐慌，军方不得不派出大批军队半路截杀信男；《大炮之街》：在一座由蒸汽驱动的城市中，一家三口展开了一天的生活。母亲去制造炮弹的工厂上班，父亲在炮台担任装填手，小儿子在学校里学习与大炮相关的知识。炮台不停开炮，但敌人的身影却始终没有出现……

《机器人嘉年华》荒芜穷困的沙漠村落，一幢标着“机器人嘉年华”的庞然大物突然出现，绚烂的烟火和奋进的音乐伴随着阵阵欢呼声，共同展开了对人类的杀戮；《弗兰肯德齿车》电闪雷鸣，风雨交加，阴森古堡，疯狂的科学家制造的机器人即将苏醒，但是意外突然发生；《DEPRIVE》入侵的外星机器人虏走了可爱的小女孩，她的机器人伙伴发誓闯入敌营救出女孩；《PRESENCE》他拥有富足的生活，却忍受着压抑的婚姻，于是渴望造出一个完全听命于自己的机器人少女；《星光天使》游乐场内，突然失恋的女孩被拾到项链的机器人带入虚拟世界玩耍，经历了前所未有的大冒险；《云》一个机器人少年独自行走，身边的云朵变化万千，如梦如幻；《明治文明奇谭—红毛人来袭卷》一个疯狂的西洋科学家操纵者机器人登陆明治时期的日本，日本年轻人则造了一个木桶机器人迎战；《庭鸟男与红脑袋》醉酒男子无意中闯入机器人统治的街区，他将经历惊险恐怖的一夜。