Em um mundo pós-2029, é bastante comum o aperfeiçoamento do corpo humano a partir de inserções tecnológicas. O ápice desta evolução é a Major Mira Killian (Scarlett Johansson), que teve seu cérebro transplantado para um corpo inteiramente construído pela Hanka Corporation. Considerada o futuro da empresa, Major logo é inserida no Section 9, um departamento da polícia local. Lá ela passa a combater o crime, sob o comando de Aramaki (Takeshi Kitano) e tendo Batou (Pilou Asbaek) como parceiro. Só que, em meio à investigação sobre o assassinato de executivos da Hanka, ela começa a perceber certas falhas em sua programação que a fazem ter vislumbres do passado quando era inteiramente humana.