ロボット開発が花形産業となっている２０３５年、シカゴ。中でも大きなシェアを誇るＵ．Ｓ．ロボティックス社内で、新型ロボットの開発責任者だったラニング博士（ジェームズ・クロムウェル）が死亡した。かつての経験からロボット嫌いになっているデル・スプーナー刑事（ウィル・スミス）が捜査に乗り出し、やがて一体のロボット”サニー”が事件のカギを握ることを突き止める。