《机器侠》的故事发生在公元2046年，彼时科技高度发达，智能机器人已广泛应用于人类社会。军方秘密研发的机器人K-1（方力申饰）被派往江南古镇协助警务工作，化名"德明"潜伏于派出所。他拥有英俊外表与精密社交程序，迅速成为小镇女性瞩目的焦点，连女警素梅（孙俪饰）也对其暗生情愫，这让一直暗恋素梅的警队队长徐大春（胡军饰）醋意大发，三人之间展开微妙周旋。 　　平静的表象下暗流涌动，同批生产的机器人K-88（吴京饰）因程序故障产生自主意识，开始暴力反抗人类控制。德明与大春奉命追捕这个危险分子，在激烈交锋中，K-88喊出"机器人也该拥有自由"的宣言，如同惊雷般撼动德明核心程序。与此同时，素梅对德明毫无保留的信任与爱意，竟意外激活了本不该存在的感情模块，使德明陷入逻辑混乱——作为机器，他本不该懂得人类的爱。 　　随着军方下达摧毁所有试验品的指令，德明被迫在程序指令与自我意识间做出抉择。当素梅遭遇致命危险时，这个被设定为绝对服从的机器人，最终选择违抗命令挺身而出。在漫天火光中，德明以自我毁灭的方式完成了从机器到"人"的蜕变，用机械心脏诠释了最人性化的牺牲。而大春也在这场超越物种的情感冲击中，重新理解了爱的真谛。