Gevestigd in de futuristische Metro City is Astro Boy een jonge robot met ongelooflijke krachten, gemaakt door een briljante wetenschapper genaamd Dr. Tenma. Aangedreven door positieve "blue" energie, beschikt Astro Boy over supersterkte, röntgenzicht, ongelooflijke snelheid en het vermogen om te vliegen. Op reis op zoek naar acceptatie ontmoet Astro Boy onderweg vele andere kleurrijke karakters. Door zijn avonturen leert hij de vreugden en emoties van mens zijn, en krijgt hij de kracht om zijn lot te omarmen. Uiteindelijk als hij ontdekt dat zijn vrienden en familie in gevaar zijn, mobiliseert Astro Boy zijn geweldige superkrachten en keert terug naar Metro City in een moedige poging om alles waar hij om geeft te redden en te begrijpen wat het betekent om een held te zijn.