À Chicago, en 2035, les robots sont pleinement intégrés dans la vie quotidienne. L'officier de police Del Spooner ne croit pas au suicide d'Alfred Lanning, qui est un des pères fondateurs de la robotique. Il tient donc à découvrir le meurtrier, et ses premiers soupçons se tournent vers un robot nommé Sonny. Cependant, tous les robots sont soumis, lors de leur construction, à trois lois.