2035, os humanos estão cada vez mais dependentes das máquinas, usando robots para várias funções. O polícia John Spooner (Will Smith) investiga, com a ajuda da especialista em psicologia dos robots Dr Susan Calvin, a morte do Dr. Alfred Lanning, que trabalhava na U.S. Robotics. O principal suspeito parece ser um robot chamado Sonny. E se isso se confirmar significa que os robots terão descoberto uma forma de violar as leis da robótica que os impede de fazer mal aos seres humanos. Nesse caso nada os poderá travar na conquista do mundo.