I, Robot sijoittuu tulevaisuuteen vuoteen 2035, jolloin robotit ovat aivan yleisiä ihmisten apureita ja työntekijöitä. Kaikki luottavat niihin täysin. Robofobiasta kärsivä chicagolainen poliisi nimeltä Del Spooner tutkii U.S. Roboticsin palveluksessa olleen tri Alfred Lanninging kuolemaa. Tutkimuksissa Spooneria auttaa psykologi Susan Calvin, joka on erikoistunut robottien psyykeen, sillä robotti nimeltä Sonny näyttää vahvasti sekaantuneen verityöhön. Jos se pitää paikkansa, se tarkoittaa, että robotti on rikkonut yhtä robotiikan kolmesta laista, vaikka sen pitäisi olla ehdottoman mahdotonta. Mahdotonta siksi, että jos robotit pystyvät rikkomaan niitä kolmea lakia, mikään ei enää estä niitä valloittamasta maailmaa. Vai ovatko ne... jo tehneet sen?

Tulevaisuuden kaupungit ovat yhtä suurta kaatopaikkaa, rikollisuus kukoistaa ja tavikset ovat kovilla. Oikeuslaitos käyttää poliiseinaan tuomareita, joiden oikeudentajua on vaikea horjutaa, ja joiden harkinnalla tuomioita jaellaan nopsaan. Nopeus on valttia kun vain muutamaan prosenttiin hälytyksistä pystytään vastaamaan. Yhteen tällaiseen hälytykseen vastaavat Dredd ja keltanokka, mutanttimaiset meedionkyvyt omaava, Anderson. Parivaljakko päätyy lohduttomaan lähiöön, 200 -kerrosta korkeaan betonitaloon, jonka uumenissa majailee odottamaton uhka. Julma ja hulluuden rajoilla horjuva Ma-Ma hallitsee paitsi valtaisaa rikollisjoukkoa, myös uutta muotihuumetta - Slow Mo:ta. Dredd ja Anderson joutuvat taistelemaan tiensä eteenpäin kerros kerrokselta saadakseen käsiinsä ylimmässä kerroksessa asuvan rikollispomon.

Jack Lawrence on aina avulias mutta ei niin pyyteetön lakimies. Putley on tuntematon kirjailija ja tunnettu typerys. Miehillä ei ole mitään yhteistä, kunnes he lähtevät etsimään karannutta teinipoikaa, jota kumpikin luulee omakseen.