公元2035年，是人和機(jī)器人和諧相處的社會(huì)，智能機(jī)器人作為最好的生產(chǎn)工具和人類伙伴，逐漸深入人類生活的各個(gè)領(lǐng)域，而由于機(jī)器人“三大法則”的限制，人類對(duì)機(jī)器人充滿信任，很多機(jī)器人甚至已經(jīng)成為家庭成員。
總部位于芝加哥的USR公司開發(fā)出了更先進(jìn)的NS-5型超能機(jī)器人，然而就在新產(chǎn)品上市前夕，機(jī)器人的創(chuàng)造者阿爾弗萊德?朗寧博士卻在公司內(nèi)離奇自殺。
黑人警探戴爾?斯普納（威爾?史密斯 飾）接手了此案的調(diào)查，由于不愉快的往事，斯普納對(duì)機(jī)器人充滿了懷疑，不相信人類與機(jī)器人能夠和諧共處。他根據(jù)對(duì)朗寧博士生前在3D投影機(jī)內(nèi)留下的信息分析和對(duì)自殺現(xiàn)場(chǎng)的勘查，懷疑對(duì)象鎖定了朗寧博士自己研制的NS-5型機(jī)器人桑尼，而公司總裁勞倫斯?羅伯遜似乎也與此事有關(guān)。
斯普納結(jié)識(shí)了專門研究機(jī)器人心理的女科學(xué)家蘇珊?凱文(碧姬?奈娜漢 飾)，隨著二人調(diào)查的深入，真相一步一步被揭露出來：機(jī)器人竟然具備了自我進(jìn)化的能力，他們對(duì)“三大法則”有了自己的理解，他們隨時(shí)會(huì)轉(zhuǎn)化成整個(gè)人類的“機(jī)械公敵”。
斯普納和凱文開始了對(duì)抗機(jī)器人的行動(dòng)，一場(chǎng)制造者和被制造者之間的戰(zhàn)爭(zhēng)拉開序幕。
