Gemma es una brillante robotista de una empresa de juguetes, la cual ha decidido utilizar inteligencia artificial para desarrollar M3GAN, una muñeca que aparenta tenar vida propia y que está ideada para ser la compañía perfecta para los niñas y las niñas. Después de que Gemma reciba la custodia de su sobrina tras la muerte de sus padres, la ingeniera decide utilizar a M3GAN para lidiar con la pequeña. Sin embargo, esta decisión le acarreará unas consecuencias inimaginables.