在1957年秋天的缅因州洛克威尔小镇，单身母亲安妮·休斯与九岁的儿子霍加斯过着平静的生活。霍加斯充满想象力，总是幻想外星人与变异人的存在。一个风波来临的日子，当地的渔夫讲述了一个巨大的钢铁人坠入海里的故事，引起了霍加斯的极大兴趣。经过一番探索，霍加斯真的找到了这个50英尺高的钢铁巨人。

小镇上的人们开始议论纷纷，传言四起，有人说这是外星人的进攻，也有人猜测是苏联的秘密武器。此时，政府派来了专员肯·曼斯莱进行调查。为了保护这个神秘的巨人，霍加斯和他的好友迪恩将它藏在了迪恩的旧车场里。

霍加斯·修斯，一个充满好奇与活力的九岁男孩，他的声音由艾力·马伦斯奥呈现。而钢铁巨人则由动作巨星范·迪塞尔为其献声。迪恩的配音者是小哈里·康尼克，安妮·修斯的配音则是詹妮弗·安妮斯顿。政府的调查员肯·曼斯莱由克里斯托弗·麦克唐纳配音，而其他小镇角色如Marv Loach、Mrs. Lynley等都由一众知名声优完成。

在这个秋天的洛克威尔小镇，一个关于友情、勇气与探索的故事正慢慢展开，而钢铁巨人背后的真相也渐渐浮出水面。