Gemma (Allison Williams) er en robotingeniør ved et stort leketøy-selskap, og jobber med design av kunstig intelligens. Hennes nye kompliserte oppfinnelse er M3GAN, en virkelighetsnær dukke på størrelse med et barn. M3GAN vil være sin eiers trofaste kompanjong og lekekamerat, noe Gemma får testet på nært hold når hun blir verge for sin niese, Cady. Hva som starter som et nytt bestevennskap utvikler seg til noe langt mer uhyggelig, når M3GAN utvikler et i overkant overbeskyttende forhold til Cady.