I år 2035 er roboter programmert til å leve i perfekt harmoni med mennesker, og har blitt en del av hverdagen på jorden. Når en briljant forsker ved U.S. Robotics Corporation blir funnet død, blir kriminalbetjent Del Spooner (Smith) satt til å etterforske saken. Med hjelp fra psykologne Susan Calvin (Bridget Moynahan) avslører Spooner mulighetene for at en robot kan være den hovedmistenkte. Men når han nærmer seg sannheten, prøver robotene å stoppe etterforskningen, og han blir fanget i et kappløp for livet. Samtidig som tiden er i ferd med å renne ubønnhørlig ut, dukker det opp en dypere trussel fra kjernen i en mekanisert verden - som utfordrer menneskehetens eksistens.

Peter er i utgangspunktet en utstøtt elev på videregående som ble forlatt av foreldrene som ung, og blir oppdratt av av sin onkel Ben og tante May. Som de fleste tenåringer prøver Peter å finne ut hvem han er og hvordan han ble den personen han er i dag, og hvordan han skal oppføre seg rundt sin første ungdomsforelskelse, Gwen Stacy. Livet blir snudd på hodet når Peter oppdager en mystisk dokumentmappe som tilhørte faren, og begynner en jakt for å forstå foreldrenes forsvinning. Dette fører ham direkte til Oscorp og laboratoriet til dr. Curt Connors, farens tidligere samarbeidspartner.