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（石田太郎配音）台上演讲正酣，台下一名黑衣青年男子ROCK（冈田浩晖配音）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（小林桂配音），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。

大都会是一个未来的城市，人类与机器人共存。但是机器人受到歧视，很多居民因失业，生活贫困，他们责怪机器人取代他们的工作。

雷德公爵是大都会的地下统治者，他监督巨大的摩天大楼杰古拉特完成，声称杰古拉特将让人类在地球上进一步扩大其权力。一个机器人破坏杰古拉特的开幕式，随后被马杜克党反机器人民团团长洛克击杀。私家侦探俊作和他的侄子健一则前往大都会，准备逮捕疯狂的科学家劳顿博士。

雷德公爵秘密聘请劳顿博士建造先进的机器人蒂玛，准备让她成为统治者，操作杰古拉特的武器。公爵的养子洛克为了阻止蒂玛完成，杀死劳顿博士，并放火焚杀实验室。

侦探俊作发现垂死的劳顿博士后，劳顿博士交给他一本笔记本。同时，健一于实验室找到蒂玛，然后他们落入下水道。健一与蒂玛无意间遭遇到洛克，为了逃离洛克的追杀，健一与蒂玛认识底层居民亚特拉斯。亚特拉斯计划发起革命，而大都会总统和市长尝试借此推翻雷德公爵的控制。然而，总统最高军事指挥官库赛将军反叛，并杀死总统。雷德公爵加强警戒，镇压革命，革命领导人亚特拉斯被杀死。在起义失败后，健一遭到公爵逮补，蒂玛被雷德公爵带回。洛克则被拔除反机器人民团团长一职。

洛克诱使蒂玛离开房间，但是之后遭到侦探俊作袭击，侦探俊作救出蒂玛。之后雷德公爵发现侦探与蒂玛行踪。公爵告诉蒂玛，她是一个“超人类”，注定要统治世界。然而，伪装成女仆的洛克开枪射击蒂玛，蒂玛的身体因此露出电路板，让她得知自己的真实身分。

蒂玛意识到她是一个机器人后，坐上宝座与杰古拉特合二为一，之后她下令对人类展开核攻击作为报复。机器人开始攻击雷德公爵，洛克不愿自己的父亲死在机器人手上，于是按下杰古拉特大楼的停止键，杰古拉特大楼于是开始毁灭。蒂玛失去记忆后，试图杀害健一。之后蒂玛回复记忆后反问健一：“我是谁？”，最后蒂玛从塔上坠落。

第二天早上，健一遇到一群机器人，它们发现一些蒂玛的零件。俊作和健一留下重建城市，因为健一想创建一个人类与机器人能够和平相处的城市。 [1]