1957年10月蘇聯衛星史普尼克1號升空後一隻巨大的機器人在緬因州洛克威爾附近墜落。機器人登陸走到森林裡。一夜九歲的豪加斯·休斯發現吃變電所的電纜而被觸電的機器人。休斯把電關掉救了機器人後回家。數日後豪加斯決定去找機器人拍照。他等了幾個小時後機器人出其不意地出現,兩人很快成為朋友。由於鐵巨人記憶消失,因此豪加斯讓他做什麼他就做什麼。他們跨越一條鐵路時巨人開始吃鐵軌。豪加斯聽到火車開近,讓巨人修鐵軌。就在它修鐵軌時火車和它相撞,把它撞裂成數塊。巨人的部件開始重新修復,豪加斯把被損壞的機器人藏在家裡的穀倉里,在那裡部件可以繼續修復。
和寡婦的母親安妮吃過晚飯後豪加斯給巨人讀漫畫書。巨人很喜歡超人。豪加斯告訴巨人「你選擇自己成為什麼樣子的人」,這是他從他的朋友比特尼克藝術家迪恩·麥克克平那裡學來的。麥克克平在當地擁有一座廢鐵場。與此同時美國政府間諜肯特·曼斯利到達,他發現了一些巨人的跡象開始調查。在變電站附近他發現豪加斯的氣槍,因此他在豪加斯家裡租了一間房跟蹤男孩,希望發現更多。豪加斯擺脫曼斯利把巨人送到麥克克平的廢鐵場。他們看到獵人在森林裡用槍打一隻鹿後討論「死亡」。曼斯利怕外星人入侵因此向美軍警告巨人的存在。他和沙能·羅加德虫將帶兵到達並開始搜查。迪恩告訴他們所謂的巨人實際上是一個廢鐵藝術品。羅加德警告曼斯利帶兵離開。後來豪加斯和巨人用玩具槍玩,但是這自動激發了巨人的自我防禦武器。迪恩救豪加斯命令巨人離開。豪加斯相信巨人並沒有想傷害他因此去追他。迪恩也認識到巨人只是自我防禦因此騎摩托車帶豪加斯去追巨人。他們在巨人到達小鎮的時候趕上它。
在洛克威爾巨人在大眾前救了兩個墜落的孩子。美軍也看到巨人返回,並開始攻擊巨人,還要求海軍和空軍的支援。巨人和豪加斯飛走,但是被空軍戰機的一枚飛彈擊中墜落。巨人以為昏迷不醒的豪加斯死了,大怒,它的記憶恢復,使用所有它的能量武器大戰美軍。曼斯利相羅加德撒謊說巨人殺死了豪加斯,在大海上他們可以用潛艇摧毀它。豪加斯醒來告訴巨人他沒有死,讓巨人關閉它所有的武器。曼斯利讓羅加德繼續進攻,而迪恩則保證巨人從來沒有傷害過任何人。羅加德看到豪加斯沒有死因此下令停火,但是他沒有能夠及時把這個命令傳送到鸚鵡螺號,而慌張的曼斯利已經下令發射飛彈了。羅加德大怒告訴曼斯利瞄準巨人的飛彈會殺死洛克威爾所有人。曼斯利企圖逃跑,但是巨人阻止他。軍隊強迫曼斯利留下像一名好士兵一樣面臨死亡。豪加斯告訴巨人洛克威爾的命運。巨人下決心飛走,它對自己微笑因為它選擇成為超人那樣的英雄。巨人和飛彈在高空相撞,導致一個大爆炸,拯救了小鎮。鎮裡的人高興他們倖存,但是也很悲痛巨人的犧牲。
春季,安妮和迪恩約會。迪恩在公園裡樹立了一座雕像紀念巨人。豪加斯從羅加德獲得一個包裹,裡面有一枚小鉚釘,這是找到的唯一的巨人的東西。當夜豪加斯聽到鉚釘發出熟悉的噼噼聲,鉚釘要出窗子。豪加斯打開窗子讓鉚釘出去。在冰島朗格冰原的某處巨人的部件跑向巨人的頭待的地方,巨人醒過來,微笑修復自己。