En 2131, la Terre a été dévastée par une guerre mondiale. Deunan Knute continue de se battre dans les ruines, ignorant que la paix est revenue. Son ancien amant Briareos et Hitomi la capturent et la conduisent dans la cité d'Olympus. La guerrière découvre alors que Briareos est devenu un cyborg, et qu'Hitomi est un bioroïde, clone sans émotions, créé pour le bien-être des humains.

Olympus est une cité-utopie, censée représenter le dernier avenir de l'humanité. Deunan qui doit rejoindre les rangs de l'ESWAT, la police d'Olympusn survit à une tentative d’assassinat. Peu de temps après, un attentat détruit le centre médical pour bioroïdes. Le général Uranus et son second, Hadès, hostiles à l'existence des bioroïdes, ont décidé de les éradiquer.

Athena, qui dirige l'ESWAT, fait tout pour protéger un réservoir et envoie Deunan et Briareos retrouver l'Appleseed, un objet qui permettrait d'activer les fonctions reproductrices des bioroïdes.

Deunan retrouve alors sa mémoire : la créatrice de l'Appleseed était sa mère, et elle a toujours eu l'objet avec elle. Elle s'échappe du guet-apens organisé par Uranus en tuant Hadès. Les sept sages d'Olympus utilisent l'Appleseed, mais jugent que l'humanité a fait son temps et veulent la rendre stérile. Grâce à Deunan, ils reviennent sur leur décision, et humains et bioroïdes peuvent vivre en paix.