Utspelt i den futuristiska Metro City är Astro Boy en ung robot med otroliga krafter skapad av den briljanta vetenskapsmannen Dr. Tenma. Drivna av positiv energi av “blue”, är Astro Boy tilldelad med superstyrka, röntgenblick, otrolig snabbhet och förmågan att flyga. På en resa i jakten på acceptans möter Astro Boy många andra färgglada karaktärer längs vägen. Genom sina äventyr lär han sig glädjen och de känslor som följer med att vara människa, och får styrkan att omfamna sitt öde. Slutligen när hans vänner och familj är i fara samlar Astro Boy sina fantastiska superkrafter och återvänder till Metro City i ett tappert försök att rädda allt han bryr sig om och för att förstå vad det innebär att vara en hjälte.