Metro City é uma cidade avançada que se situa no céu. Ela é o lar do Dr. Tenma, um brilhante cientista que usa seus dons para construir um robô que deverá substituir o filho que perdeu. Ele o programa com todas as qualidades positivas dos seres humanos. Astro Boy também é dotado de poderes muito além da capacidade humana. Quando ele não consegue satisfazer seu criador, é expulso da cidade e, descendo a terra, tenta compreender sua existência como um robô não humano.