In het jaar 2035 zijn robots geprogrammeerd om met mensen in harmonie te leven en maken ze deel uit van het dagelijks leven. Wanneer een briljante wetenschapper van de Robot Corporation dood wordt aangetroffen, gaat detective Del Spooner (Will Smith) op onderzoek uit. Met hulp van robot-psychologe Dr. Susan Calvin (Bridget Moynahan) ontdekt Spooner dat een robot mogelijk de dader is. De zaak leidt tot de ontdekking van een méér dan beangstigende bedreiging voor de mensheid!