公元2035年,是人和机器人和谐相處的社会,智能机器人作為最好的生产工具和人類伙伴,逐渐深入人類生活的各个领域,而由于机器人“三大法则”的限製,人類对机器人充满信任,很多机器人甚至已经成為家庭成员。 总部位于芝加哥的USR公司開發出了更先進的NS-5型超能机器人,然而就在新产品上市前夕,机器人的创造者阿尔弗莱德•朗宁博士却在公司内离奇自杀。 黑人警探戴尔•斯普纳(威尔•史密斯 饰)接手了此案的調查,由于不愉快的往事,斯普纳对机器人充满了怀疑,不相信人類与机器人能够和谐共處。他根據对朗宁博士生前在3D投影机内留下的信息分析和对自杀现场的勘查,怀疑对象锁定了朗宁博士自己研製的NS-5型机器人桑尼,而公司总裁劳伦斯•罗伯逊似乎也与此事有關。 斯普纳結识了專門研究机器人心理的女科学家苏珊•凯文(碧姬•奈娜汉 饰),随着二人調查的深入,真相一步一步被揭露出来:机器人竟然具備了自我進化的能力,他们对“三大法则”有了自己的理解,他们随時会轉化成整个人類的“机械公敌”。 斯普纳和凯文開始了对抗机器人的行動,一场製造者和被製造者之间的战争拉開序幕。