这部由艾萨克 · 阿西莫夫的短篇小说《我，机器人》改编，耗资超过一亿美金的现代科幻电影的故事背景设定在 2035 年，一个地球上每十五人就拥有一台人工智能机器人的时代。机器工人、机器助理无处不在，它们甚至渗入家庭生活，担当起保姆，护理的责任，人们越来越依赖先进的科技。就在芝加哥新型 NS-5 机器人模型即将发售的几天前，美国智能机器人的创造者意外身亡，侦探斯伯纳（威尔 · 史密斯饰）与机器人心理专家（布里吉特 · 莫伊纳罕饰）一同奉命前来调查该科学家的神秘死亡原因。
　　威尔 · 史密斯怀疑科学家的死亡和一个名为“索尼”的人工智能机器人有关。但事实上程序设定这款 NS-5 机器人本将严格地遵守“机器人三大定律”，即不会伤害他的主人。那么到底事实的真相如何？是机器人的设置出了问题还是整个事件就是一场阴谋？在更详细的调查和探索之后，种种迹象使得威尔 · 史密斯确信“索尼”有可能不仅仅是罪犯这么简单。同时，他发现更可怕的事情即将在自己眼前发生……