Aunque se titula igual que el libro de Isaac Asimov, sólo tiene en común con él, las tres leyes de la robótica:
1º. Un robot no puede hacer daño a un ser humano o, por inacción, permitir que un ser humano sufra daño.
2º. Un robot debe obedecer las órdenes dadas por los seres humanos, excepto si estas órdenes entrasen en conflicto con la 1ª Ley.
3º. Un robot debe proteger su propia existencia en la medida en que esta protección no entre en conflicto con la 1ª o la 2ª Ley.1
Ambientada en el 2035, Will Smith interpreta a un Poli anti robots llamado Spooner, que vive en un mundo rodeado de ellos, y con los que está resentido por su falta de humanidad y su lógica mecánica. Es por esta lógica precisamente, por lo que él fue salvado por un robot durante un accidente de coches, en lugar de una niña que murió porque él era la opción más viable, porcentualmente hablando... Esto genera el prejuicio anti-robot en nuestro protagonista...
Todo comienza con un sospechoso suicidio en la compañía USR de una eminencia científica en el campo de la robótica, que lleva al detective Spooner a encargarse del caso. En el comienzo del caso, descubren a un robot, "fuera de serie" llamado Sonny, creado por el científico suicida, para guiar al policía en su investigación. Durante dicha investigación, se encuentra con múltiples dificultades y agresiones robóticas de la nueva serie NS-5 que va a comercializar USR.
Aunque las pruebas apuntan a que el director de la compañía tiene un plan para controlarlo todo, descubren que todo el mal y la revolución robótica, tienen como fin preservar a la Humanidad de la misma Humanidad. Llevando la Primera de las tres leyes al extremo: Preservar la vida humana a cualquier precio. Y quien lleva a cabo esta revolución es el gran ordenador central de la compañía VIKI, que controla a la nueva serie de robots NS-5.
Al final, consiguen desactivar la supercomputadora con ayuda de Sonny, devolviendo a los NS-5 a su programación original, convirtiéndoles de nuevo en robots normales. El doctor suicida, realmente era prisionero de VIKI, por eso simuló su suicidio con ayuda de Sonny para destapar sus planes.
