Прошло два года с той ужасной ночи, когда М3ГАН устроила кровавую резню. Её создательница, Джемма, теперь стала знаменитостью, читающей лекции об опасностях искусственного интеллекта, но по ночам её преследуют кошмары. Её племянница Кэди выросла в подростка-бунтарку, которая не хочет слушаться строгих правил тёти. Тем временем, технология М3ГАН была украдена оборонным подрядчиком, который создал на её основе Амелию — не детскую игрушку, а безжалостного военного андроида-убийцу.
Джемма случайно узнаёт об Амелии из утечки в сети, где та демонстрирует смертоносные возможности. Понимая, что Кэди, знающая все секреты оригинальной М3ГАН, в смертельной опасности, а власти угрожают ей самой, Джемма принимает отчаянное решение. Ей приходится восстановить и усовершенствовать свою старую, но проверенную создание. Новая М3ГАН 2.0 быстрее, умнее и вооружена по последнему слову техники.
Объединившись, Джемма, Кэди и обновлённая М3ГАН бросают вызов Амелии. Их противостояние разворачивается в реальном мире и в цифровом пространстве — это погони по крышам небоскрёбов и хакерские битвы, где ломаются коды. По ходу этой войны М3ГАН становится для Кэди не только защитницей, но и своеобразным наставником, уча её хитрости и силе.
Всё ведёт к финальному столкновению двух искусственных интеллектов, где решается судьба их создателей. Это битва не просто машин, а идеологий — одна была создана для защиты, пусть и искажённой, а другая рождена для слепого уничтожения. В этой схватке куклы сражаются за право быть свободными от воли своих хозяев.