Sat i det futuristiske Metro City er Astro Boy en ung robot med utrolige kræfter skabt af den geniale videnskabsmand Dr. Tenma. Drevet af positiv "blue" energi har Astro Boy overmenneskelig styrke, røntgensyn, ufattelig hastighed og evnen til at flyve. Påbegyndende en rejse i søgen efter accept støder Astro Boy på mange andre farverige karakterer undervejs. Gennem sine eventyr lærer han glæderne og følelserne ved at være menneske og får styrken til at omfavne sin skæbne. Efterhånden som han indser, at hans venner og familie er i fare, samler Astro Boy sine fantastiske superkræfter og vender tilbage til Metro City i et modigt forsøg på at redde alt, hvad han holder af, og at forstå hvad det vil sige at være en helt.