In het Chicago van 2035 zijn robots overal aanwezig. Ze zijn bedienden, werknemers en beschermers in één, en dankzij de drie wetten van de robotica, zijn ze niet in staat om mensen kwaad te doen. Detective Del Spooner (Will Smith) heeft door een traumatische gebeurtenis in zijn verleden een bloedhekel aan robots en vertrouwt ze voor geen meter. Als Alfred Lanning, de aartsvader van de robotica, te pletter stort in het hoofdkantoor van de grootste robotproducent van de wereld, vermoedt Spooner dat de dader een robot van de nieuwe generatie is, genaamd Sonny. Samen met de robotpsychologe Susan Calvin gaat hij op onderzoek uit.
