A nem túl távoli jövőben járunk, amikor a Földet elborító szenny elől az emberiség egy szűkebb elit rétege egy repülő városba menekül, a felszínekről megfeledkezve. A repülő városban, Metro City-ben, a robotok jelentik a társadalom gerincét, ők dolgoznak, tanítanak, látják el az embereket. Dr. Tenma, a legnagyobb robot mérnök egy laboratóriumi baleset folytán elveszíti a fiát, Tobio-t és egy év keserves munkájával megalkot egy gyermek robotot fia képére és Tobio emlékeivel feltöltve. Kicsoda valójában Astro Boy? Látszólag egy átlagos kisfiú, valójában a pozitív kék energia segítségével működő android, aki különleges képességekkel van megáldva. Többek között hihetetlenül gyors és repülni is tudd. Az Idill Dr. Tenmaval azonban rövid ideig tart, mert a mérnök úgy érzi, hibát követett el, a robot gyermek nem képes feledtetni vele Tobio halálát, így deaktiválni akarja. Tobio azonban elmenekül a repülő városból és a felszínen keres magának új családot. A fiatal robot fiú útja során igyekszik megismerni és elfogadtatni magát a világgal, valamint megtalálni helyét az igazi emberek között. Astro Boy kalandos útján sok-sok érdekes figurával találkozik. Megismeri és megtapasztalja a legfontosabb emberi érzelmeket, örömöt, barátságot és szeretetet. Egy titokzatos robothadsereg miatt azonban veszélybe kerülnek szerettei, s neki minden tudására és képességére szüksége van ahhoz, hogy megmentse őket a rájuk leselkedő veszélyektől.
