《西部世界》的故事发生在未来，人们已经不再热衷于玩网络游戏，而是创造了高科技成人乐园，体验更加真实刺激的游戏。里面有不少机器人接待员，他们过着设定好的剧情生活。而游客呢，现实中不敢的胡作非为，在公园里都能无限制放纵，嫖妓、追凶甚至滥杀无辜。提供服务的机器人，也不是一般的机器人。他们不仅具有超高仿真外形，还有自身情感，而且能带给游客最真实的体验。比如，中弹以后会流血，受伤以后会痛苦地嗷叫。夜幕降临，所有机器人的记忆被清除，一切归零，第二天太阳升起，新一批游客入园。不过，在程序的失误以及程序员要求机器人更接近于人类思维和情感的情况下，机器人的自主意识和思维使他们开始怀疑这个世界的本质，进而觉醒并反抗人类.

二十一世纪初，泰勒公司先进机器人发展到了连锁阶段，那些机器人实际上和人类完全相同，被称为复制人，这些复制人在体力、敏捷度和智慧上都不错，被人类用于外世界从事奴隶的劳动、危险的探险工作及其他星球的殖民任务上，经过外界殖民地连锁六号战斗组的血腥暴动后，地球上宣布复制人为违法物——必须处死。特勤小组——银翼杀手受命侦查任何入侵复制人，并予以击毙。那不叫做处决，而是称之为退休。Rick Deckard（Harrison Ford 饰）就是银翼杀手之一，某天，他奉命追踪潜入泰勒公司的复制人Roy Batty（Rutger Hauer 饰）、Zhora（Joanna Cassidy 饰）、Leon（Brion James 饰）和Pris（Daryl Hannah 饰），和他搭档的是泰勒公司的连锁六号复制人Rachael（Sean Young 饰）在追踪的过程中，他和瑞秋产生了感情，明白了复制人们为了延长自身的机器寿命而做出的努力，渐渐地开始反思人类的命运。

2020年，未来一个并不遥远的年份，整个世界已经发生了许多变化。在那个时代，人类拳击不再被允许，取而代之的是各种机器人走上了擂台，继续这项火爆的运动，愉悦大众。前拳击手查理·肯顿（休·杰克曼 Hugh Jackman 饰）似乎并不那么落寞，他很快适应了时代的发展，带着经过训练的机器人一次次走上拳台。但是倒霉事接二连三，他先是意外落败，债台高筑，继而接到前女友突然过世的消息，并见到了从未谋过面的儿子——11岁男孩麦克斯（达科塔·高尤 Dakota Goyo 饰）。
一次意外，让麦克斯遇到了一台业已被淘汰的陪练机器人Atom。在麦克斯的坚持下，查理同意让Atom参加比赛，却意外发现这台“废物”不仅抗打，而且拥有搏斗的潜质与天赋。肯顿父子和他们的机器人由此踏上新的征途……