Действие мультика происходит в ближайшем будущем, в гигантском мегаполисе, где технологии достигли невероятных высот, а роботы и люди живут совместно. Астробой — это робот-мальчик, созданный гениальным учёным Доктором Тенмой после трагической потери его собственного сына Тоби. Ребёнок был трагически убит в результате эксперимента, и в глубокой скорби Тенма решает воссоздать сына в виде андроида, одарённого человеческими качествами — эмоциями, сознанием и разумом.
Однако, несмотря на свою невероятную умственную и физическую мощь, Астробой оказался не способен заменить ребенка в глазах отца. После неудачной попытки доказать свою ценность своему «папе», герой сбегает в поисках своего места в мире. Он оказывается в "Небесном городе" — столице высоких технологий, которая в то же время полна социальных проблем и несправедливости.
Во время своего путешествия мальчик сталкивается с рядом сложных ситуаций, где ему приходится выбирать между личной миссией и долгом перед человечеством. Он обнаруживает, что на горизонте грозит опасность — корпорации, стремящиеся использовать роботов в качестве оружия, и нарастающие конфликты между людьми и машинами. По мере того как он исследует мир и пытается понять своё существование, герой всё больше осознаёт, что его истинная цель — не просто быть заменой своему создателю, а бороться за добро и справедливость, несмотря на его происхождение.
