Im Jahre 2035 dienen humanoide Roboter den Menschen in beinahe allen Lebenslagen. Geschützt werden wir dabei durch die drei Gesetze der Robotik die verhindern, dass jemals ein Roboter einem Menschen Schaden zufügen kann. Als der Roboter hassende Polizist Spooner (Will Smith) von dem Hologramm von Dr. Lanning (James Cromwell) gerufen wird, der anscheinend Selbstmord begangen hat, beginnen er und Dr. Calvin (Bridget Moynahan), die ihm von der Firma U.S. Robots and Mechanical Men zugeteilt wurde, mit den Nachforschungen.
Sie treffen auf den Roboter Sonny (Alan Tudyk), der sich im Büro von Dr. Lanning versteckt hat und sich durch Sprachbefehle nicht deaktivieren lässt, sondern stattdessen die Flucht ergreift. Ist dies die erste Maschine, die für den Mord an einem Menschen verantwortlich ist? Auf jeden Fall ist Spooner genau der richtige Mann für den Job, denn wenn überhaupt jemand an die Schuld eines Roboters glauben kann und dies auch beweisen will, dann er.