Etsii futuristiseen Metro Cityyn sijoittuva Astro Boy on nuori robotti, jolla on uskomattomia voimia, luonut loistava tutkija nimeltä Dr. Tenma. Positiivisella "sinisellä" energialla vetoinen, Astro Boylla on supersitkeys, röntgen-silmä, uskomaton nopeus ja kyky lentää. Lähtien matkalle kohti hyväksyntää, Astro Boy tapaa monia värikkäitä muita hahmoja matkan varrella. Seikkailujensa kautta hän oppii inhimillisyyden ilot ja tunteet sekä saa voimaa omaksua kohtalonsa. Lopulta oppien, että hänen ystävänsä ja perheensä ovat vaarassa, Astro Boy kokoaa upeita supervoimiaan ja palaa Metro Cityyn urhoollisella ponnistuksella pelastaakseen kaiken, mitä hän välittää, sekä ymmärtääkseen, mitä tarkoittaa olla sankari.