Charlie Kenton (Hugh Jackman) war ein berühmter Boxer, doch mittlerweile ist er ausrangiert, denn die Roboter haben die Menschen im Boxring abgelöst. Charlie hat ständig Geldprobleme und hält sich gerade so als Promoter von alten Robotern über Wasser. Als wäre das nicht schon genug, muss er sich auch noch unerwartet um seinen Sohn Max kümmern, da seine Mutter gestorben ist.

Max ist im Teenageralter und empfindet nur Abneigung für seinen Vater, der sich nie um ihn gekümmert hat und ihn nicht kennt. Charlie muss Max nun mit auf seine Tour nehmen, denn er ist mal wieder knapp bei Kasse. Die Beiden machen sich auf die Suche nach Ersatzteilen für ihre Roboter und trauen ihren Augen nicht. Auf einem Schrottplatz finden sie einen verlassenen Roboter: Atom.

Atom ist jedoch nur ein Verteidigungsroboter und für den Angriff nicht bestimmt, doch das soll sich bald ändern, denn für Max ist klar: Wenn einer Atom das Boxen beibringen kann, dann sein Vater Charlie. Charlie hat nun die einmalige Gelegenheit sich als Vater und Boxer zu beweisen und seinen Sohn zu überzeugen, dass er kein Loser ist. Werden die Beiden mit ihrem Kampfroboter Atom die Real Steel World Championship gewinnen? Packender 3D-Actionfilm mit heiklem Vater-Sohn-Drama.