桃姐是侍候了李家数十年的老佣人,把第二代的少爷罗杰抚养成人。罗杰从事电影制片人,五十多岁了仍然独身,而桃姐也继续照顾罗杰,成为习惯……一日,桃姐如常到街市买菜,回寓所煲汤、做好满桌的饭菜,在等待从内地出差回家的罗杰,桃姐看着窗外的街景打发时间,不知不觉间却竟昏迷在地上……桃姐醒来时发现自己身在医院,桃姐是中风了!一边手臂不能活动自如,必须利用物理治疗尽量恢复活动能力。
罗杰在百忙工作中为桃姐找合适老人院,期间巧遇昔日电影拍摄认识的草蜢哥,桃姐出院来到老人院,环境陌生,院友怪异,桃姐强装镇定。罗杰工余常到老人院探桃姐,主仆闲话家常一如母子,仍保持互相揶揄调侃习惯,桃姐嘴硬心甜,院友羡慕。
罗杰特意带桃姐参加电影首映礼,桃姐首次刻意打扮准备,取收藏已久的名贵衣服出发赴会;首映礼上桃姐大开眼界,更终有机会见到电影明星,桃姐感叹自己有生之年已然无憾……。未来世界,人类世界科技高度发达,人工智能机器人的研发得到前所未有的进展。在荷兰的阿姆斯特丹,一对情侣发生了争吵。青年汤姆托言向往太空遨游,西莉亚则大骂这个负心男孩,指责他无法接受她的机械手臂和智能机器人身份。这一事件,让整个世界的命运发生巨变。此去经年,以西莉亚为代表的智能机器人统治了全世界,人类文明几近毁灭。在城市的某个角落,反抗组织的人类研发了时光机,他们找到已经变成老翁的汤姆,希望他回到过去,对西莉亚做出合理的解释,以改变这残酷的未来。
与此同时,感知到什么的机器人军队开始进攻他们的基地……。