M3GAN es una maravilla de la inteligencia artificial, una muñeca realista programada para ser la mejor compañera de los niños y la mayor aliada de los padres. Diseñada por Gemma, M3GAN es capaz de escuchar, observar y aprender mientras se convierte en amiga, profesora, compañera de juegos y protectora del niño al que se vincule. Cuando, inesperadamente, Gemma se convierte en la tutora legal de Cady, su sobrina huérfana de 9 años, no sabe muy bien qué hacer ni se siente preparada para ejercer de madre. Sometida a un intenso estrés laboral, Gemma decide vincular su prototipo de M3GAN a Cady en un intento de resolver ambos problemas, pero no tardará en descubrir las inimaginables consecuencias de su decisión.