Zwei Jahre sind vergangen, seit M3GAN, Wunderwerk künstlicher Intelligenz, abtrünnig geworden und auf einen mörderischen und tadellos choreografierten Amoklauf gegangen ist, bevor sie schliesslich zerstört wurde. Ihre Schöpferin Gemma (Allison Williams) ist inzwischen nicht nur eine renommierte Autorin, sondern auch eine flammende Verfechterin von K.I.-Auflagen seitens der Regierung. Aus Gemmas Nichte Cady (Violet McGraw) ist mittlerweile eine Teenagerin geworden, die immer lauter gegen die Regeln ihrer überfürsorglichen Tante rebelliert.

Ohne ihr beider Wissen wurde die M3GAN zugrunde liegende Technologie gestohlen und von einer mächtigen Rüstungsfirma missbraucht, um eine militärische Waffe zu kreieren – Amelia (Ivanna Sakhno; Ahsoka, Pacific Rim 2: Uprising), die ultimative Spionin zur Infiltration und Tötung. Doch mit wachsender Selbstwahrnehmung hat Amelia immer weniger Interesse daran, Befehle von Menschen entgegenzunehmen. Oder diese auch nur um sich zu haben ...

Das Fortbestehen der menschlichen Existenz steht auf dem Spiel, und Gemma sieht diese eine letzte Chance: M3GAN (Amie Donald, Originalstimme von Jenna Davis) muss wieder zum Leben erweckt werden und bekommt auch gleich ein paar zusätzliche Upgrades, die sie schneller, stärker und tödlicher machen. Als beide Systeme aufeinanderprallen, stösst das einzig wahre K.I.-Biest auf eine ebenbürtige Gegnerin.