機器人9號（伊利亞•伍德 Elijah Wood 飾）突然醒來，發現身邊的世界充滿危機，四處殘敗，一片末世景象。9號帶着一個畫有三個奇怪符號的圓形物體逃到街上，幸遇發明家機器人2號（馬丁•蘭道 Martin Landau 飾）給自己裝上了聲音，但2號卻不幸被機器怪獸抓走。9號找到了老兵1號（克里斯托弗•普盧默 Christopher Plummer 飾）、機械工5號（約翰•雷利 John C. Reilly 飾）、瘋癲畫家6號（克里斯品•格拉夫 Crispin Glover 飾）和大力士8號（弗雷德•塔塔紹爾 Fred Tatasciore 飾）。9號與5號擅自出行援救2號，危急時被女武士7號（詹妮佛•康納利 Jennifer Connelly 飾）救下，但無意中9號卻令終極機器獸復活。帶着自己從哪裏來以及生存使命的問題，9號決定想盡辦法制服機器獸，拯救全世界……
