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