Seorang ahli robot bernama Gemma (Allison Williams) bekerja di sebuah perusahaan mainan, ia menciptakan boneka yang menyerupai manusia. Tujuan menciptakan boneka tersebut tidak hanya sekadar mainan untuk anak-anak, melainkan dapat berperan sebagai teman maupun penjaga anak-anak. Sehingga memudahkan orang dewasa dalam pengawasan sehari-hari.
Robot boneka yang dibuat merupakan hasil kecerdasan buatan yang bernama M3GAN yaitu kepanjangan dari Model 3 Generative Android. Gemma mendapat hak asuh keponakannya, Cady yang masih anak-anak karena kecelakaan tragis yang menewaskan kedua orang tua Cady. Akhirnya ia menggunakan robot pintar M3GAN untuk membantunya merawat keponakannya tersebut.