Được đặt ở bối cảnh tương lai, Astro Boy nguyên là một bộ truyện siêu anh hùng cổ điển. Bộ phim hoạt hình được làm bằng công nghệ CG hoàn toàn mới này kể về một cậu bé robot có sức mạnh phi thường và cuộc hành trình đầy tính phiêu lưu nhằm tìm kiếm vận mệnh của chính mình. Thành phố Metro trong thế giới tương lai, một thủ phủ tráng lệ của bầu trời, nhà khoa học xuất chúng – Tiến sĩ Tenma – đã tạo ra Astro Boy để thay thế đứa con trai ông vừa để lạc mất, ông lập trình cho cậu bé robot có những tố chất và tính cách tốt nhất của loài người cũng như trang bị cho cậu sức mạnh siêu nhiên phi thường. Thất bại trong việc làm hài lòng người cha đang đau khổ, Astro Boy phải đối mặt với hai khó khăn cùng một lúc: cậu rất đau lòng khi khám phá ra rằng mình chỉ là một con robot chứ không phải là con người thực sự.