Фантастический детективный боевик «Я, робот» переносит зрителя в 2035 год, где созданные роботы являются неотъемлемой частью жизни людей, а так же их помощниками. Но не все люди разделяют симпатию к роботам, один из них полицейский детектив Дел Спунер не доверяет роботам и побаивается искусственного разума. Его опасения подтверждаются, когда происходит убийство инженера-конструктора Альфреда Лэннинга, работавшего в корпорации по изготовлению роботов.
В убийстве впервые подозревается робот NS5 по имени Санни, который находится под стражей в полиции. Расследуя дело детектив пытается разобраться с загадочным роботом Санни, который значительно отличается от других роботов класса NS4, он более совершенен, а так же не выполняет Три закона роботехники. Убитый доктор Лэннинг проводил свои эксперименты с Санни, пытаясь сделать его более человечным, но и более свободным. Так человечеству грозит опасность, а милые помощники не так уж безвредны, когда начинают нарушать Закон.