Gemma é uma brilhante roboticista de uma empresa de brinquedos que usa inteligência artificial para desenvolver M3GAN, uma boneca realista programada para ser a maior companheira de uma criança e a maior aliada dos pais. Depois de inesperadamente ganhar a custódia de sua sobrinha órfã, Gemma pede a ajuda do protótipo M3GAN para cuidar da menina. Porém, por ser um protótipo M3GAN ainda vem com erros de sistema.