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 (Allison Williams), una brillante robotista de una compañía de juguetes, 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 cuidadora legal de Cady (Violet McGraw), su sobrina huérfana de 8 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 Candy en un intento por resolver ambos problemas..., pero no tardará en descubrir las inimaginables consecuencias de su decisión.