《機械戰警》講述了2028年，底特律市罪案不斷發生，因警方無完善設備，Omni Corp公司生產了大量裝備精良的機械戰警，OCP公司所制造出之設備造成警員多人死傷於是引起警方反彈。墨菲調職到底特律警局和露意絲搭擋，出勤時正好遇上以卡蘭斯為首的搶匪，二人寡不敵眾，墨菲因此而傷重不治，此時OCP公司的副總裁鮑伯提出機器戰警計劃，墨菲遭改造並洗去記憶，經過各種測試後，戰警出勤打擊犯罪成效良好。
罪犯橫行的底特律市，嫉惡如仇、正義感十足的警察亞歷克斯?墨菲（喬爾?金納曼飾）遭到仇家暗算，身體受到毀滅性破壞。借助於Omni公司天才博士丹尼特?諾頓（加裏?奧德曼飾）最前沿的技術，墨菲以機械戰警的形態復活。數輪嚴格的測試表明，墨菲足以承擔起維護社會治安的重任，他的口碑在民眾中直線飆升，而墨菲的妻子克拉拉（艾比?考尼什 Abbie Cornish 飾）和兒子大衛卻再難從他身上感覺親人的溫暖。
底特律警察墨菲在壹次辦案過程中和罪犯交手，受傷極為嚴重，奄奄壹息。恰好ocp公司研制的改造機械戰警進入最後階段，於是墨菲成為第壹個改造後的機械戰警。全身電腦、機械的裝備，讓墨菲驍勇無敵，最終戰勝敵人，發揮出機械戰警的巨大威力。
在追趕壹批盜竊警察軍火庫的反抗組織時，露易絲遭到霹靂黨的夾擊，機械戰警墨菲收到求助放棄追擊，不顧命令掉頭支援。墨菲違抗命令引起OCP的不滿，下令刪除?影響機器運作?的記憶、去除?不必要?的思維與情感並改派到改建隊，但壹直陪伴他的女研究員為了保留其?人性?，並未執行。同時日本方面為執行拆遷計劃派出機械特工忍者雄誌，改建隊也通過了反抗者中的叛徒獲取了基地位置。
墨菲因看到妮科回憶起自己的兒子自己的家，和露易絲壹起去查看教堂，結果被改建隊襲擊，露易絲不幸身亡，墨菲也被改建隊頭目的槍榴彈給重傷，被反抗者所信任並帶走。