La acción está ambientada en un futuro relativamente cercano, el año 2035, en la ciudad de Chicago, en el cual los robots forman parte de la vida cotidiana en la tierra y son la principal fuerza laboral de la especie humana, trabajando con seguridad gracias a las tres leyes de la robótica. La compañía dedicada a la venta y diseño/construcción de robots es U.S. Robots and Mechanical Men y tienen previsto el lanzamiento de un nuevo modelo de robot: los Ns-5. No obstante, el detective Spooner (Will Smith) es un hombre que odia a los robots, ya que él cree que no cumplen debidamente con el propósito que ellos deben realizar. Además, es un amante del pasado, usando aún una moto a gasolina, unas zapatillas deportivas de principios del siglo XXI, o un equipo de música muy antiguo (para la época en la que está).
Pocos días antes del lanzamiento, el detective Spooner recibe la noticia del presunto suicidio del Dr. Alfred J. Lanning (James Cromwell), ingeniero diseñador de robots y co-fundador de la compañía, creador del modelo NS-5 y amigo de Spooner. Lanning murió después de caer al vacío por la ventana de su oficina, pero un hombre de su edad no habría podido romper las ventanas fortificadas. El doctor, que trabajaba en la sede de USR, le deja un mensaje a Spooner a través de un holograma. Esto hace sospechar al detective y deduce que Lanning fue asesinado. Así, entrará en contacto con Susan Calvin, robopsicóloga de la empresa, para que le informe acerca del comportamiento de los robots.
Ante la entrada del despacho de Lanning, Susan le enseña a Spooner el funcionamiento del sistema informático VIKI (Fiona Hogan) y comprueban que nadie ha entrado ni salido del despacho desde la muerte del doctor. Pero, una vez dentro, son detenidos por un robot llamado Sonny (Alan Tudyk) que parece estar fuera de control y que se convierte, para Spooner, en el principal sospechoso del asesinato del Dr.
Clasificación [ CM DVD 00721 ] Disponible en DVD, 4 Piso BJB)