В городе Метро Сити, известный ученый доктор Тэнма исчезает после попытки построить робота с ИИ, используя новую технологию под названием Kokoro («сердце»). Профессор Элифан заменяет Тэнму в качестве главы Министерства Науки и обнаруживает мальчика-робота, реактивирует его и называет его Астро. Вскоре Астро обнаруживает, что может летать с помощью ракетных ускорителей в руках и ногах, имеет сверхчеловеческую силу и другие способности, и ему приходится сражаться с преступниками и роботами, ненавидящими людей и угрожающими его друзьям и Метро Сити, и становиться героем. Астро быстро узнает, что он является роботизированным клоном погибщего сына доктора Tэнмы Тобио, и что был отключен после того, как видел, как уничтожались роботы, испытав то же, что и Тобио испытали перед своей смертью.