2028年，Omni Corp.的机械战警已遍布全球，底特律的犯罪率骤降，但代价是公民自由被严密监控。警探亚历克斯·墨菲在一次追捕中遭炸弹袭击，几乎丧命。公司趁他昏迷，将其大脑植入钛合金战甲，打造出史上最强执法机器——机械战警四代。

墨菲醒来后，发现自己失去家庭记忆，只留下战斗程序。他被迫服从公司指令，但每当执行任务时，破碎的人性片段不断闪现。一次行动中，他发现公司高层与黑帮勾结，利用战警系统清除异己。墨菲开始违抗命令，追查真相，却遭到公司派出的新型战警围剿。

在逃亡中，墨菲遇到昔日搭档和一位黑客女郎，他们帮他解开记忆封锁。墨菲得知，公司计划用他的大脑数据控制全球战警网络，实现绝对统治。他必须潜入公司总部，摧毁核心服务器，同时面对与自己同型号的终极对手。

最终决战中，墨菲选择自毁系统，牺牲机械躯体，却将人类意识上传至网络，以数据形式守护城市。底特律重获自由，而墨菲的传说，在电子幽灵中永存。